Studies of Chemically Labile Alkylation Damage in DNA

DNA 中化学不稳定烷基化损伤的研究

基本信息

  • 批准号:
    10735154
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.37万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-12 至 2028-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT Alkylation DNA damage caused by alkylating agents promotes mutations and cancer development. Guanine N7 is targeted by a wide range of alkylating mutagens, carcinogens, and anticancer agents, producing the cationic N7-alkylguanine (N7-alkylG) adducts as major lesions. These lesions have half-lives of several hours to days in DNA and thus can affect DNA replication and transcription. The positively charged N7-alkylG lesions can also undergo further modification to generate secondary lesions such as alkyl-formamidopyrimidine (alkyl-FapyG) adducts. The recognition, repair, and mutagenesis mechanisms of many mutagen/carcinogen-induced N7- alkylG and alkyl-FapyG lesions, except for a few lesions such as N7-aflatoxin B1-G and aflatoxin B1-FapyG adducts, remain poorly characterized, thereby precluding a complete understanding of the contribution of these major lesions to mutations and cancer development. For example, the mutagenic properties of the predominant N7-alkylG adducts produced by the cancer-promoting styrene oxide are unknown. This knowledge gap has been due in part to the technical difficulty in preparing a site-specific N7-alkylG- and alkyl-FapyG-containing DNA, which is ascribed to the rapid depurination of N7-alkylG nucleosides and the facile isomerization of alkyl- FapyG during solid-phase DNA synthesis. To overcome the stability issue of N7-alkylG nucleosides, we have developed a 2’-fluorine technology that prevents spontaneous depurination by increasing the stability of N7- alkylG nucleosides. To solve the isomerization problem of alkyl-FapyG, we have taken a post-synthetic approach that produces alkyl-FapyG-containing DNA from N7-alkylG-containing DNA. Our preliminary studies show that guanine N7 alkylation can influence base-pairing properties by facilitating the formation of the rare enol tautomer, syn base conformation, and/or intercalation. Our central hypothesis is that N7-alkylG and alkyl- FapyG adducts promote mutations and cancer development by altering the base-pairing properties of the damaged guanine. Our long-term research goal is to elucidate the biological impacts of chemically labile alkylation damages and their secondary lesions using innovative approaches such as the 2’-F chemistry, the polβ host-guest-complex system, and post-synthetic DNA modification. The objective is to dissect the biological consequences of N7-alkylG and alkyl-FapyG lesions induced by potent alkylating mutagens and anticancer agents such as nicotine-specific nitrosamine, styrene oxide, nitrogen mustards, and N-methylbenzyl nitrosamine. To accomplish this objective, we will characterize the base-pairing properties and the recognition, mutagenesis, and repair mechanisms of N7-alkylG and alkyl-FapyG adducts using combined tools of synthetic, biochemical, structural biology, and cellular approaches. The successful execution of the proposed programs will greatly advance our knowledge of the impact of carcinogen/drug-induced N7-alkylG and alkyl-FapyG lesions on the base pair conformation, stability, tautomerism, mutagenesis, recognition, and repair, thereby providing important insights into the alkylation damage-induced mutations and cancer development.
抽象的 烷化剂引起的烷基化 DNA 损伤促进突变和癌症发展。 是多种烷基化诱变剂、致癌剂和抗癌剂的靶标,产生阳离子 N7-烷基鸟嘌呤(N7-烷基G)加合物是主要损伤,这些损伤的半衰期为数小时至数天。 因此,带正电荷的 N7-烷基G 损伤也可以影响 DNA 复制和转录。 进行进一步修饰以产生继发性损伤,例如烷基-甲酰胺嘧啶(烷基-FapyG) 许多诱变剂/致癌物诱导的 N7- 的识别、修复和诱变机制。 烷基G和黄曲霉毒素B1-FapyG病变,除N7-黄曲霉毒素B1-G和黄曲霉毒素B1-FapyG等少数病变外 加合物的特征仍然很差,因此无法完全理解它们的贡献 突变和癌症发展的主要损害例如,主要的诱变特性。 由致癌的氧化苯乙烯产生的 N7-烷基G 加合物尚不清楚。 部分原因是制备含有位点特异性 N7-烷基G-和烷基-FapyG 的技术困难 DNA,这归因于 N7-烷基G 核苷的快速纯化和烷基-G 核苷的容易异构化 FapyG 在固相 DNA 合成过程中为了克服 N7-烷基G 核苷的稳定性问题,我们有 开发了一种 2’-氟技术,通过提高 N7- 的稳定性来防止自发纯化 为了解决烷基-FapyG的异构化问题,我们采取了后合成的方法。 我们的初步研究是从含有 N7-烷基 G 的 DNA 中产生含有烷基 FapyG 的 DNA 的方法。 表明鸟嘌呤 N7 烷基化可以通过促进稀有碱基的形成来影响碱基配对特性 烯醇互变异构体、顺式碱基构象和/或嵌入我们的中心假设是N7-烷基G和烷基-。 FapyG 加合物通过改变碱基配对特性来促进突变和癌症发展 我们的长期研究目标是阐明化学不稳定的生物影响。 使用创新方法(例如 2'-F 化学、 polβ宿主-客体-复合体系统和合成后DNA修饰的目的是解剖生物。 N7-烷基G和烷基-FapyG通过强效烷基化诱变剂和抗癌剂诱导病变的后果 尼古丁特异性亚硝胺、氧化苯乙烯、氮芥和 N-甲基苄基亚硝胺等药剂。 为了实现这一目标,我们将表征碱基配对特性以及识别、诱变、 使用合成、生物化学、 结构生物学和细胞方法的成功执行将极大地促进所提出的计划。 增进我们对致癌物/药物诱导的 N7-烷基G 和烷基-FapyG 病变对 碱基对构象、稳定性、互变异构、诱变、识别和修复,从而提供重要的 深入了解烷基化损伤诱导的突变和癌症发展。

项目成果

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