Modulation of the Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease Activity of Human APE1 and of Its Natural Polymorphic Variants by Base Excision Repair Proteins - Institut Gustave Roussy Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue International Journal of Molecular Sciences Année : 2020

Modulation of the Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease Activity of Human APE1 and of Its Natural Polymorphic Variants by Base Excision Repair Proteins

Modulation de l'activité de l'endonucléase apurinique/pyrimidinique de l'APE1 humain et de ses variantes polymorphiques naturelles par les protéines de réparation par excision de base

Résumé

Human apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1) is known to be a critical player of the base excision repair (BER) pathway. In general, BER involves consecutive actions of DNA glycosylases, AP endonucleases, DNA polymerases, and DNA ligases. It is known that these proteins interact with APE1 either at upstream or downstream steps of BER. Therefore, we may propose that even a minor disturbance of protein-protein interactions on the DNA template reduces coordination and repair efficiency. Here, the ability of various human DNA repair enzymes (such as DNA glycosylases OGG1, UNG2, and AAG; DNA polymerase Polβ; or accessory proteins XRCC1 and PCNA) to influence the activity of wild-type (WT) APE1 and its seven natural polymorphic variants (R221C, N222H, R237A, G241R, M270T, R274Q, and P311S) was tested. Förster resonance energy transfer-based kinetic analysis of abasic site cleavage in a model DNA substrate was conducted to detect the effects of interacting proteins on the activity of WT APE1 and its single-nucleotide polymorphism (SNP) variants. The results revealed that WT APE1 activity was stimulated by almost all tested DNA repair proteins. For the SNP variants, the matters were more complicated. Analysis of two SNP variants, R237A and G241R, suggested that a positive charge in this area of the APE1 surface impairs the protein-protein interactions. In contrast, variant R221C (where the affected residue is located near the DNA-binding site) showed permanently lower activation relative to WT APE1, whereas neighboring SNP N222H did not cause a noticeable difference as compared to WT APE1. Buried substitution P311S had an inconsistent effect, whereas each substitution at the DNA-binding site, M270T and R274Q, resulted in the lowest stimulation by BER proteins. Protein-protein molecular docking was performed between repair proteins to identify amino acid residues involved in their interactions. The data uncovered differences in the effects of BER proteins on APE1, indicating an important role of protein-protein interactions in the coordination of the repair pathway.
L'endonucléase apurinique /apyrimidinique humaine 1 (APE1) est connue pour être un acteur essentiel de la voie de réparation par excision de la base (BER). En général, la REB implique des actions consécutives des glycosylases de l'ADN, des endonucléases AP, des polymérases de l'ADN et des ligases de l'ADN. On sait que ces protéines interagissent avec l'APE1 soit en amont, soit en aval de la BER. Par conséquent, nous pouvons proposer que même une perturbation mineure des interactions protéine-protéine sur la matrice d'ADN réduit la coordination et l'efficacité de la réparation. Ici, la capacité de diverses enzymes de réparation de l'ADN humain (telles que les ADN glycosylases OGG1, UNG2 et AAG ; l'ADN polymérase Polβ ; ou les protéines accessoires XRCC1 et PCNA) à influencer l'activité de l'APE1 de type sauvage (WT) et de ses sept variantes polymorphes naturelles (R221C, N222H, R237A, G241R, M270T, R274Q et P311S) a été testée. Une analyse cinétique du clivage des sites abasiques dans un substrat d'ADN modèle, basée sur le transfert d'énergie de résonance de Förster, a été réalisée pour détecter les effets des protéines en interaction sur l'activité de WT APE1 et de ses variantes de polymorphisme mononucléotidique (SNP). Les résultats ont révélé que l'activité de WT APE1 était stimulée par presque toutes les protéines de réparation de l'ADN testées. Pour les variantes SNP, les choses étaient plus compliquées. L'analyse de deux variantes de SNP, R237A et G241R, a suggéré qu'une charge positive dans cette zone de la surface de l'APE1 entrave les interactions protéine-protéine. En revanche, la variante R221C (où le résidu affecté est situé près du site de liaison à l'ADN) a montré une activation inférieure de façon permanente par rapport à WT APE1, alors que le SNP N222H voisin n'a pas causé de différence notable par rapport à WT APE1. La substitution enfouie P311S a eu un effet incohérent, alors que chaque substitution au niveau du site de liaison à l'ADN, M270T et R274Q, a entraîné la plus faible stimulation par les protéines BER. Un amarrage moléculaire protéine-protéine a été effectué entre les protéines de réparation pour identifier les résidus d'acides aminés impliqués dans leurs interactions. Les données ont révélé des différences dans les effets des protéines BER sur APE1, indiquant un rôle important des interactions protéine-protéine dans la coordination de la voie de réparation. Traduit avec www.DeepL.com/Translator (version gratuite)
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Kladova OA_Modulation APE1 activity in polymorphic variants_IntJMolSci2020_preprint.pdf (3.31 Mo) Télécharger le fichier
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Dates et versions

hal-03066830 , version 1 (15-12-2020)

Identifiants

Citer

Olga A Kladova, Irina V Alekseeva, Murat A Saparbaev, Olga S Fedorova, Nikita A Kuznetsov. Modulation of the Apurinic/Apyrimidinic Endonuclease Activity of Human APE1 and of Its Natural Polymorphic Variants by Base Excision Repair Proteins. International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21 (19), pp.7147. ⟨10.3390/ijms21197147⟩. ⟨hal-03066830⟩
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