Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2741910.32607/actanaturae.27419Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleSynthetic Lesions with a Fluorescein Carbamoyl Group As Analogs of Bulky Lesions Removable by Nucleotide Excision Repair: A Comparative Study on PropertiesСинтетические повреждения с флуоресцеинкарбамоильной группировкой как аналоги объемных повреждений, удаляемых системой эксцизионной репарации нуклеотидов. Сравнительное исследование свойствPopovA. A.ПоповА. А.
Russian Federation
irapetru@niboch.nsc.ruGolyshevV. M.ГолышевВ. М.
Russian Federation
irapetru@niboch.nsc.ruKorolevaL. S.КоролеваЛ. С.
Russian Federation
irapetru@niboch.nsc.ruNazarovK. D.НазаровК. Д.
Russian Federation
irapetru@niboch.nsc.ruAnarbaevR. O.АнарбаевР. О.
Russian Federation
irapetru@niboch.nsc.ruPetrusevaI. O.ПетрусеваИ. О.
Russian Federation
irapetru@niboch.nsc.ruInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of Russian Academy of SciencesИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН1211202416374820305202405072024Copyright ©; 2024, Popov A.A., G. V.M., Koroleva L.S., Nazarov K.D., Anarbaev R.O., Petruseva I.O.Copyright ©; 2024, Попов А.А., Голышев В.М., Королева Л.С., Назаров К.Д., Анарбаев Р.О., Петрусева И.О.2024Popov A.A., G. V.M., Koroleva L.S., Nazarov K.D., Anarbaev R.O., Petruseva I.O.Попов А.А., Голышев В.М., Королева Л.С., Назаров К.Д., Анарбаев Р.О., Петрусева И.О.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/27419

Mammalian nucleotide excision repair (NER), known for its broad substrate specificity, is responsible for removal of bulky lesions from DNA. Over 30 proteins are involved in NER, which includes two distinct pathways: global genome NER and transcription-coupled repair. The complexity of these processes, the use of extended DNA substrates, and the presence of bulky DNA lesions induced by chemotherapy have driven researchers to seek more effective methods by which to assess NER activity, as well as to develop model DNAs that serve as efficient substrates for studying lesion removal. In this work, we conducted a comparative analysis of model DNAs containing bulky lesions. One of these lesions, N-[6-{5(6)-fluoresceinylcarbamoyl}hexanoyl]-3-amino-1,2-propanediol (nFluL), is known to be efficiently recognized and excised by NER. The second lesion, N-[6-{5(6)-fluoresceinylcarbamoyl}]-3-amino-1,2-propanediol (nFluS), has not previously been tested as a substrate for NER. To evaluate the efficiency of lesion excision, a 3’-terminal labeling method was employed to analyze the excision products. The results showed that nFluS is removed approximately twice as efficiently as nFluL. Comparative analyses of the effects of nFluL and nFluS on the geometry and thermal stability of DNA duplexes — combined with spectrophotometric and spectrofluorimetric titrations of these DNAs with complementary strands — were performed next. They revealed that the absence of an extended flexible linker in nFluS alters the interaction of the bulky fluorescein moiety with neighboring nitrogenous bases in double-stranded DNA. This absence is associated with the enhanced efficiency of excision of nFluS, making it a more effective synthetic analog for studying bulky-lesion removal in model DNA substrates.

Система эксцизионной репарации нуклеотидов млекопитающих (ЭРН) с широкой субстратной специфичностью удаляет из ДНК объемные повреждения. В работе системы ЭРН принимает участие более 30 белков. Большое число белков-участников, существование двух ветвей ЭРН (общегеномная репарация и репарация, ассоциированная с транскрипцией), необходимость в использовании протяженных ДНК-субстратов, а также объемные повреждения, индуцируемые в ДНК в ходе химиотерапии, направляют усилия исследователей в сторону поиска эффективных методов оценки активности ЭРН и модельных ДНК, имеющих выраженные субстратные свойства в реакции удаления повреждения. В данной работе проведено сравнительное исследование свойств модельных ДНК, содержащих объемные повреждения, одно из которых – N-[6-(5(6)-флуоресцеинилкарбамоил)гексаноил]-3-амино-1,2-пропандиол (nFluL), эффективно распознается и элиминируется из ДНК системой ЭРН; второе, N-[6-(5(6)-флуоресцеинилкарбамоил)]-3-амино-1,2-пропандиол (nFluS), ранее для создания субстратов системы ЭРН не использовали. Оценка эффективности специфической эксцизии этих повреждений белками ЭРН-компетентного клеточного экстракта, проведенная методом 3’-концевого мечения продуктов эксцизии, показала, что удаление nFluS происходит в 2 раза более эффективно. Результаты сравнительного анализа влияния nFluL и nFluS на геометрию и термостабильность ДНК-дуплексов, а также результаты спектрофотометрического и спектрофлуориметрического титрования nFluL- и nFluS-ДНК комплементарной цепью ДНК позволяют заключить, что отсутствие в структуре nFluS протяженного гибкого линкера меняет характер взаимодействия объемного флуоресцеинового фрагмента ненуклеозидного повреждения с азотистыми основаниями соседних звеньев дцДНК и ассоциировано с эффективным удалением этого синтетического аналога объемного повреждения из модельного ДНК-субстрата.

nucleotide excision repairbulky lesionspectrometric titrationэксцизионная репарация нуклеотидовобъемные повреждения ДНКспектрометрическое титрованиеРоссийский Научный Фонд (проект)Russian Science Foundation (project)19-74-10056ПSchärer O.D. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2013. V. 5. № 10. Р. a012609.Sugasawa K. // Enzymes. 2019. V. 45. P. 99–138.Krasikova Y., Rechkunova N., Lavrik O. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 12. P. 6220.Shafirovich V., Kolbanovskiy M., Kropachev K., Liu Z., Cai Y., Terzidis M.A., Masi A., Chatgilialoglu C., Amin S., Dadali A., et al. // Biochemistry. 2019. V. 58. № 6. P. 561–574.Fu I., Mu H., Geacintov N.E., Broyde S. // Nucl. Acids Res. 2022. V. 50. № 12. P. 6837–6853.Fu I., Geacintov N.E., Broyde S. // Nucl. Acids Res. 2023. V. 51. № 22. P. 12261–12274.Kim J., Li C.L., Chen X., Cui Y., Golebiowski F.M., Wang H., Hanaoka F., Sugasawa K., Yang W. // Nature. 2023. V. 617. № 7959. P. 170–175.Huang J.C., Sancar A. // J. Biol. Chem. 1994. V. 269. P. 19034–19040.Reardon J.T., Sancar A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. № 11. P. 4056–4061.Kropachev K., Kolbanovskii M., Cai Y., Rodríguez F., Kolbanovskii A., Liu Y., Zhang L., Amin S., Patel D., Broyde S., et al. // J. Mol. Biol. 2009. V. 386. № 5. P. 1193–1203.Lukyanchikova N.V., Petruseva I.O., Evdokimov A.N., Silnikov V.N., Lavrik O.I. // Biochemistry (Mosc.). 2016. V. 81. № 3. P. 386–400.Лукьянчикова Н.В., Петрусева И.О., Евдокимов А.Н., Сильников В.Н., Лаврик О.И. // Биохимия. 2016. Т. 81. № 3. С. 386–400.Li C.L., Golebiowski F.M., Onishi Y., Samara N.L., Sugasawa K., Yang W. // Mol. Cell. 2015. V. 59. № 6. P. 1025–1034.Gillet L.C., Alzeer J., Schärer O.D. // Nucl. Acids Res. 2005. V. 33. № 6. P. 1961–1969.Evdokimov A., Petruseva I., Tsidulko A., Koroleva L., Serpokrylova I., Silnikov V., Lavrik O. // Nucl. Acids Res. 2013. V. 41. № 12. e123.Evdokimov A., Kutuzov M., Petruseva I., Lukjanchikova N., Kashina E., Kolova E., Zemerova T., Romanenko S., Perelman P., Prokopov D., et al. // Aging (Albany NY). 2018. V. 10. № 6. P. 1454–1473.Lukyanchikova N.V., Petruseva I.O., Evdokimov A.N., Silnikov V.N., Lavrik O.I. // Biochemistry (Mosc). 2016. V. 81. № 3. P. 263–274.Лукьянчикова Н.В., Петрусева И.О., Евдокимов А.Н., Королева Л.С., Лаврик О.И. // Мол. биология. 2018. Т. 52. № 2. С. 277–288.Naumenko N.V., Petruseva I.O., Lomzov A.A., Lavrik O.I. // DNA Repair (Amst.). 2021. V. 108. P. 1–11.Petruseva I., Naumenko N., Kuper J., Anarbaev R., Kappenberger J., Kisker C., Lavrik O. // Front. Cell Dev. Biol. 2021. V. 9. P. 617160.Sugasawa K., Akagi J., Nishi R., Iwai S., Hanaoka F. // Mol. Cell. 2009. V. 36. № 4. P. 642–653.Cheon N.Y., Kim H.S., Yeo J.E., Schärer O.D., Lee J.Y. // Nucl. Acids Res. 2019. V. 47. № 16. P. 8337–8347.Liu Z., Ding S., Kropachev K., Jia L., Amin S., Broyde S., Geacintov N.E. // PLoS One. 2015. V. 10. № 9. P. e0137124.Reardon J.T., Sancar A. // Methods Enzymol. 2006. V. 408. P. 189–213.Popov A.A., Petruseva I.O., Naumenko N.V., Lavrik O.I. // Biochemistry (Mosc). 2023. V. 88. № 11. P. 1844–1856.Попов A.A., Петрусева И.О., Науменко Н.В., Лаврик О.И. // Биохимия. 2023. Т. 88. № 11. С. 2235–2250.Reeves D.A., Mu H., Kropachev K., Cai Y., Ding S., Kolbanovskiy A., Kolbanovskiy M., Chen Y., Krzeminski J., Amin S., et al. // Nucl. Acids Res. 2011. V. 39. № 20. P. 8752–8764.Evdokimov A.N., Tsidulko A.Y., Popov A.V., Vorobiev Y.N., Lomzov A.A., Koroleva L.S., Silnikov V.N., Petruseva I.O., Lavrik O.I. // DNA Repair (Amst.). 2018. V. 61. P. 86–98.Nazarenko I., Pires R., Lowe B., Obaidy M., Rashtchian A. // Nucl. Acids Res. 2002. V. 30. № 9. P. 2089–2195.Huang W., Amin S., Geacintov N.E. // Chem. Res. Toxicol. 2002. V. 15. № 2. P. 118–126.