胸腺嘧啶DNA转葡糖基酶的催化机制及功能调控研究

Human Thymine-DNA Glycosylase (TDG) is a critical DNA repair enzyme in human body, and has indispensable roles in the newly discovered human DNA demethylation pathway, which directly connects to tumor development. However, the substrate recognition and catalytic mechanism of TDG in this pathway remains unclear, as well as the function regulation studies by small chemical molecules. In our recent studies, we reported the substrate reorganization and catalytic mechanism of TDG on 5-carboxylcytosine (5caC), one of the key intermediate in the demethylation pathways. We also discovered the first chemical antagonist against TDG specifically. Based on the present results, we plan to further study the catalytic mechanism of TDG in the demethylation pathway by focusing on the three critical steps during DNA substrate catalyzing. We will also design and discover small chemical molecules that targeting TDG based on our TDG structures and discovered antagonist. Our research results will discover the detailed catalytic mechanism of TDG in DNA demethylation pathway, and lay the foundation for further investigation on tumor pathogenesis.

胸腺嘧啶DNA转葡糖基酶（TDG）是人体重要的DNA修复酶，在DNA去甲基化途径中不可或缺，并与肿瘤发生和发展密切相关。目前TDG在该途径中的底物识别催化机制尚不清楚，同时缺乏活性小分子探针开展化学干预功能调控研究，这阻碍了TDG生物学功能和相关肿瘤发生机制研究的开展。本项目在前期取得的TDG对5-羧基胞嘧啶（5caC）的识别机制和发现首个TDG小分子探针的研究成果基础上，结合化学生物学、结构生物学和分子生物学等技术手段，围绕TDG催化过程的三个关键阶段系统研究TDG的选择性底物识别催化机制；同时基于已获得的TDG-DNA复合物晶体结构和小分子探针结构信息优化和筛选高活性小分子探针，并在肺癌干细胞中开展针对性化学干预功能调控研究。本项目不仅将全面揭示TDG在去甲基化途径中的分子催化机制和功能，而且为涉及去甲基化途径的肿瘤发生机制和靶向药物研究奠定基础。

胸腺嘧啶DNA转葡糖基酶（TDG）是人体重要的DNA修复酶，在DNA去甲基化途径中不可或缺，并与肿瘤发生和发展密切相关。目前TDG在该途径中的底物识别催化机制尚不清楚，同时缺乏活性小分子探针开展化学干预功能调控研究，这阻碍了TDG生物学功能和相关肿瘤发生机制研究的开展。本项目通过获得和解析含有DNA去甲基化途径多类结构高度类似核酸修饰物的DNA短双链晶体结构，发现这些核酸修饰物引起DNA双螺旋小沟发生不同构象变化。而TDG通过关键氨基酸R275插入DNA小沟并通过识别这些构象的不同来实现其底物选择性识别和催化的分子机制。这部分工作解决了长期以来TDG底物选择机制的科学问题，为进一步深入了解TDG在生理活动和病理活动中的生物功能和致病原理；同时本项目还构建了TDG高通量药物筛选体系并完成了小分子探针的高通量筛选、发现和确证，最终发现特异性靶向TDG的小分子探针2类。这部分工作为以TDG为主要药物靶标开发先导药物奠定了前期基础。在该项目资助下，申请人共发表SCI论文4篇，国内核心中文期刊论文2篇；发现了调控TDG酶活的小分子抑制剂2类，申请国内专利一项，培养具有综合交叉学科研究能力的硕士研究生2名，并在多个学术会议做学术报告和交流。