Structural basis for human DNA polymerase kappa (polκ) to bypass cisplatin intrastrand cross-link (Pt-GG) lesion as an efficient and accurate extender
Notice bibliographique
Résumé
Cisplatin (cis-diamminedichloroplatinum) is a widely used chemotherapeutic compound. It reacts with the N7 atoms of adjacent guanines in DNA to form the Pt-1,2d(GpG) intrastrand cross-link (Pt-GG) as a major product. This bulky cisplatin adduct blocks DNA replication by replicative polymerases, thereby promoting apoptosis of rapidly dividing cancer cells. However, cancer cells have developed resistance to cisplatin, partly because of the bypass of cisplatin adducts by specialized DNA polymerases (mostly belonging to the Y-family) through translesion synthesis (TLS). The human Y-family DNA polymerase eta (pol) is very efficient in replicating opposite the Pt-GG lesions, but not in extending after this adduct. Recently, it was shown that human Y-family DNA polymerase kappa (pol) is indispensable for DNA repair synthesis in dorsal root ganglion neurons exposed to cisplatin. Pol gene knockdown experiments in human cells have also indicated the involvement of pol in TLS of the Pt-GG lesion. In this study, we investigated the bypass potential and nucleotide incorporation preference of pol opposite DNA containing the Pt-GG adduct and determined two crystal structures of pol complexed with such DNA. The ternary complex structures represent two consecutive stages of lesion bypass: nucleotide insertion opposite the 5'G (Pt-GG2) and primer extension immediately after the lesion (Pt-GG3). Our in vitro DNA replication assays using pol and DNA containing the Pt-GG lesion indicate that pol inserts the correct dCTP opposite the 5'G of Pt-GG (Pt-GG2), when a nucleotide is already inserted opposite the 3'G (Pt-GG1). Pol also inserts the correct dATP opposite the T base immediately after the Pt-GG (Pt-GG3). However, pol is not able to insert a nucleotide opposite the 3'G of Pt-GG (Pt-GG1). On the other hand, pol is very efficient in replicating the Pt-GG lesion at two insertion stages (Pt-GG1 and Pt-GG2), but the enzyme is blocked at the extension stage (Pt-GG3). In terms of fidelity, we found that pol has the fewest mis-insertions compared to two other human Y-family polymerases pol and pol. Our steady-state kinetic analysis showed that pol incorporates dCTP and dATP opposite the 5'G of Pt-GG (Pt-GG2) and T template 5' to the lesion (Pt-GG3), respectively, with very similar relative efficiencies of 0.15-0.20, which are only ~5 fold lower than for normal DNA replication (GG2 and GG3). Our biochemical data indicate that pol is very proficient and accurate in inserting a nucleotide after the first G of the Pt-GG lesion. The structures revealed that the accuracy is achieved by stably accommodating the bases containing the cisplatin adducts in the enzyme's active site for proper Watson-Crick base pairing with the incoming nucleotide. Together, our biochemical and structural data provide the molecular basis for the accurate and proficient incorporation by pol of nucleotides opposite the cisplatin adduct and suggest an important role of pol as a second polymerase (extender) in the efficient bypass of the Pt-GG lesion in vivo. This work holds promise for pol as a potential target for drug design, along with pol, which together could improve the efficacy of cisplatin treatment for cancer therapy.
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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