利用結構生物學探討DNA擬態蛋白SAUGI之潛在生物醫學和生化應用研究

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題名:	利用結構生物學探討DNA擬態蛋白SAUGI之潛在生物醫學和生化應用研究 A structure-based investigation on the potential biomedical and biochemical applications of the DNA mimic protein SAUGI
作者:	廖怡婷 LIAO, YI-TING
貢獻者:	轉譯醫學博士學位學程王皓青張雯
關鍵詞:	DNA 擬態蛋白質;尿嘧啶-DNA 糖基化酵素;金黃色葡萄球菌尿嘧啶-DNA 糖基化酵素抑制劑;人類皰疹病毒 DNA mimic protein;Uracil-DNA glycosylase;Staphylococcus aureus Uracil glycosylase inhibitor;Human herpesvirus
日期:	2020-12-11
上傳時間:	2021-03-19 11:30:15 (UTC+8)
摘要:	Uracil-DNA glycosylase (UDG) 為一種保守DNA修復蛋白，對於皰疹病毒 DNA 之複製非常重要; 因此，它被認為是一個良好抗病毒標的。在先前的研究中，SAUGI（Staphylococcus aureus uracil-DNA glycosylase inhibitor）已被發現為一具有抑制四個不同物種之 UDG 活性的 DNA 擬態蛋白質，並且對於兩種人類皰疹病毒（人類皰疹病毒第四型； EBV 和單純皰疹病毒； HSV ）之 UDG 活性，表現出很好的抑制效果。本篇論文中我們發現 SAUGI 對於三種人類皰疹病毒之 UDG 表現出截然不同的結合強度和抑制能力。特別的是，雖然 γ 皰疹病毒 UDG（ EBVUDG 和 KSHVUDG ）胺基酸序列相似度高達 60%，但 SAUGI 對於此兩種 UDG 的結合能力和抑制效果有很大差異。我們進而利用 X-ray crystallography 方式解析 SAUGI/EBVUDG NΔ24 和 SAUGI/KSHVUDG NΔ18 之複合體結構。結構分析中顯示，與 SAUGI/EBVUDG NΔ24 複合體相比， SAUGI 與 KSHVUDG 之亮胺酸環延伸區域（leucine loop extension）中參與 KSHVUDG 活性之部分重要胺基酸沒有交互作用; 此外，我們也發現 KSHVUDG 與SAUGI β sheet 1之結合區域（binding interface）相較於 EBVUDG帶有較多之負電荷。其可以解釋為何 SAUGI 對於 KSHVUDG 表現出較低之結合和抑制能力。而在 SAUGI/EBVUDG NΔ24 複合體結構中，相較於其他 SAUGI/UDG 複合體之結構，我們也發現 SAUGI 與 EBVUDG 之亮胺酸環（leucine loop）上胺基酸有額外之交互作用，其可以解釋為何 SAUGI 對 EBVUDG 有較好之結合親和力（binding affinity）。藉由這些結構資訊，我們進一步利用蛋白質工程調整 SAUGI 活性，使其對人類 UDG 無抑制效果但仍同時保有對 EBVUDG 活性之抑制能力。在這篇研究中，我們的結果不僅以分子基礎解析 SAUGI 為何對於兩種皰疹病毒 UDG 具有不同之交互作用，同時也為開發可用作生物醫學應用之人類皰疹病毒 UDG 抑制劑衍生物提供了框架。 Uracil-DNA glycosylases (UDGs) are conserved DNA-repair proteins that play critical roles in viral DNA efficient replication and epigenetic maintenance in herpesviruses. They have been implicated as good antiviral targets. Previously, Staphylococcus aureus SAUGI was identified as a DNA mimic protein that targets UDG from four different species, and that represents the greatest inhibitory activity on the UDGs from two human herpesviruses (Epstein–Barr virus; EBV and Herpes simplex virus; HSV). In this study, we show that SAUGI displays strikingly differential effects on two γ-herpesvirus UDGs (EBVUDG and KSHVUDG) catalytic activity. We further performed two complex structures of SAUGI/EBVUDG NΔ24 and SAUGI/KSHVUDG NΔ18. Analysis of the structures reveals that SAUGI only partially interacts with the critical residues that are responsible for the catalytic activity of KSHVUDG as compared to SAUGI/EBVUDG NΔ24 complex. In addition, we found that the leucine loop extension of EBVUDG provides an additional contact region with SAUGI not seen in other SAUGI/UDG complexes could explain the strong binding capacity of SAUGI to EBVUDG. Furthermore, we also modulate the inhibitory effect of SAUGI on human UDG and EBVUDG based on this structural information. Thus, our results not only provide the molecular basis showing that the differential interactions of SAUGI on two γ-herpesvirus UDGs but also a framework for the development of derivatives that could serve as human herpesvirus UDGs inhibitors for biomedical applications.
描述:	博士指導教授:王皓青指導教授:張雯委員:詹迺立委員:徐駿森委員:蕭育源委員:王皓青委員:張哲菖
資料類型:	thesis
顯示於類別:	[轉譯醫學博士學位學程] 博碩士論文

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