近日，国际学术期刊Nucleic Acids Research在线发表了国科大杭高院化学与材料科学学院/中科院上海有机化学研究所唐功利课题组与美国范德堡大学Brandt F. Eichman课题组合作完成的最新研究成果“Base excision repair system targeting DNA adducts of trioxacarcin/LL-D49194 antibiotics for self-resistance”。该工作发现了一个独特的DNA糖基化酶家族，该类酶可以消除烷化剂类天然产物三欣卡辛及LL-D49194引起的DNA损伤，赋予微生物针对这类高活性抗生素的自抗性（“https://doi.org/10.1093/nar/gkac085”）。
碱基切除修复（BER）是细胞中通用的一类用于消除烷基化DNA的损伤修复途径。DNA糖基化酶是BER途径中的关键蛋白，负责识别和切除损伤碱基，是启动BER途径的第一步。近年来，关于DNA烷基化类天然产物的自抗性机制研究表明，在抗生素产生菌中存在着两个家族的DNA糖基化酶（AlkD/YtkR2和AlkZ/YcaQ）能够识别并修复DNA烷基化类化合物azinomycin B和yatakemycin形成的DNA损伤。
三欣卡辛 (Trioxacarcins, TXN)和LL-D49194 (LLD)是一类具有高度复杂结构的多环芳香聚酮天然产物，其结构中含有多个可嵌入DNA骨架中的糖基基团和一个高活性的多环螺环氧三元环结构，能够嵌入DNA的大沟小沟并与DNA链上的鸟嘌呤发生烷基化，形成稳定的DNA损伤，从而实现抗疟疾、抗细菌、抗肿瘤活性。唐功利课题组长期致力于TXNs的生物合成及抗性机制的研究，先后阐明了它们的起始单元和后修饰步骤。近期，他们对基因簇中未知功能基因进行深入分析，发现其基因簇中编码了四个DNA糖基化酶（TxnU2、TxnU4、LldU1和LldU5）负责TXN A和LLD的烷基化损伤修复，为TXN A和LLD的产生菌提供自抗性。
氨基酸序列和蛋白结构（AlphaFold)）分析表明TxnU和LldU与DNA糖基化酶AlkZ/YcaQ具有一定同源性，且体外酶活实验证实TxnU和LldU均是作用于N7位烷基化鸟嘌呤加合物的单功能DNA糖基化酶。然而，相比于同源蛋白以及其它作用于烷基化嘌呤加合物的DNA糖基化酶，TxnU/LldU具有不同的底物特异性和酶催化机制。TxnU/LldU能够特异性消除TXN A/LLD-DNA损伤，且对AlkD/YtkR2和AlkZ/YcaQ的底物——不太稳定的烷基鸟嘌呤没有活性。同样的，TXN A/LLD-DNA加合物不能被其它烷基嘌呤DNA糖基化酶切割。对接建模和点突变实验证实TxnU4和LldU1含有独特的催化活性基序，从而解释了其独特的底物特异性和催化机制。
国科大杭州高等研究院博士后陈小蓉，美国范德堡大学博士后Noah P. Bradley和中科院上海有机所研究生陆薇为共同第一作者。唐功利研究员和Brandt F. Eichman教授为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委和中国科学院等的大力资助。
