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外源性环境毒物和内源性物质会形成各种DNA损伤,导致DNA复制突变,造成DNA序列永久改变,产生各种疾病、丧失某些功能、导致畸形甚至死亡。DNA损伤包括碱基结构改变和糖环结构改变的DNA损伤。研究DNA损伤导致DNA复制突变的分子机制为理解DNA损伤产生各种疾病提供重要的理论指导。我们纯化了酵母菌DNA聚合酶Polη的催化结构域Polηcore(N端1-513氨基酸),可体现出聚合酶通过DNA损伤的本征活性。在正常模板G上的错配率为10-4。在O6-MeG上的错配率为0.05-0.4,67%插入的是dTTP,31%是dCTP,2%是dATP。在脱碱基位上,错配率在0.03-1之间,53%插入的是dGTP,33%是dATP,还有14%会形成-1移码突变,说明遵循了G-,A-和-1移码突变规则。在8-oxoG上,仍然优先插入dCTP,占57%,其余的是dATP。这些损伤都在不同程度上阻碍了DNA的复制过程。这些研究为深入理解酵母菌DNA聚合酶在通过DNA损伤的分子机制提供了重要理论指导(Mutat Res-Fund Mol M, 779, 134-143, 2015; Biochimie, 121:161-169, 2016; Mutat Res Rev, 768:53-67,2016; Arch Biochem Biophys, 596:99-107, 2016)。我们又研究铜绿假单胞菌噬菌体PaP1的DNA聚合酶gp90,是A-类聚合酶,具有高延伸性和3’-5’外切酶活性。采用消除了外切酶活性的gp90 exo-,发现8-oxoG和O6-MeG可部分抑制gp90 exo-的延伸能力。正常模板G上的错配率在10-4-10-5之间。对于8-oxoG,dNTP插入效率降低,但错配率不变。对于O6-MeG,更倾向于插入错误的dTTP,比dCTP插入效率高出67倍。在8-oxoG对位插入dCTP和dATP以及在O6-MeG的对位插入dCTP和dTTP都产生快速相。存在dNTP和Mg2+时,8-oxoG和O6-MeG损伤都会削弱聚合酶与DNA的结合。脱碱基位阻断了gp90的DNA复制,dATP优先插入到脱碱基位对位,遵循A-rule,与5端的模板序列无关。DNA中的脱碱基位削弱了聚合酶和DNA之间的结合亲和性,然而dNTP的种类并不影响这些结合亲和性。这些研究为深入理解PaP1的DNA聚合酶功能及其在跨损伤DNA合成中的分子机制提供了重要的基础(Virus Genes, 52:538-51, 2016;Genes, 2017, 8, 1 (invited);DNA Repair, 57, 35-44, 2017;Chem. Res. Toxicol., 31:58-65, 2018.)。以上都是关于碱基DNA损伤导致DNA复制突变的研究。此外,我们还研究了糖环结构改变引起的DNA损伤对DNA复制的影响。DNA复制的溶液中存在与dNTPs结构类似却浓度大大过量的rNTPs,DNA聚合酶可插入rNTPs,在DNA模板中形成rNMPs。存在rNTPs增加了DNA聚合酶的广义错配率,比传统错配率高出很多(Biochem. Biophys.Res. Commun., 496:1076-1081, 2018)。意外发现,rNTPs在一定浓度下,可以促进DNA聚合酶的功能,原因是rNTPs增强了聚合酶和DNA之间的结合亲和性(JBC, 2018, Revised.)。此外,模板上的rNMPs也阻滞了T7 DNA聚合酶进行的引物延伸和T7复制体进行的链取代反应(Biochimie, 151:128-138, 2018)。