L'enzyme clé TDG répare les dommages oxydatifs mutagènes de l'ADN associés au vieillissement et au cancer

Le stress oxydatif endommage l'ADN en continu tout au long de la vie, produisant des lésions qui provoquent des mutations, des cancers et le vieillissement cellulaire. Si la réparation du produit d'oxydation de la guanine, l'oxoG, est bien documentée, la principale lésion d'oxydation de l'adénine — la 7,8-dihydro-8-oxoadénine (oxoA) — a reçu beaucoup moins d'attention. L'oxoA est mutagène dans les cellules de mammifères car les ADN polymérases insèrent du dGTP en face d'elle, provoquant des transversions A→C. Comprendre comment les cellules réparent l'oxoA est donc important pour appréhender la biologie du cancer et du vieillissement.

Cette étude de Servius et Drohat a caractérisé de manière systématique l'excision de l'oxoA à partir de l'ADN par la thymine DNA glycosylase (TDG), une enzyme surtout connue pour éliminer la thymine des mésappariements G·T et pour initier la déméthylation active de l'ADN. À l'aide d'une cinétique en mode « single-turnover » sur une gamme de concentrations enzymatiques, les auteurs ont déterminé trois paramètres clés : l'activité maximale (k_max), l'affinité pour le substrat (K_0.5) et l'efficacité catalytique (k_max/K_0.5) pour quatre contextes de paires de bases oxoA.

Les résultats révèlent une variation considérable de l'efficacité catalytique de TDG selon la base opposée. Les paires G·oxoA sont traitées avec un k_max/K_0.5 d'environ 3 919 μM⁻¹ min⁻¹ — valeur extraordinairement élevée pour une DNA glycosylase — tandis que les paires T·oxoA ne produisent que ~0,54 μM⁻¹ min⁻¹, soit une différence de 7 276 fois. Cette disparité reflète à la fois une liaison plus faible (K_0.5 plus élevé) et une chimie réduite (k_max plus faible) pour les substrats moins favorisés. La base voisine en 3′ module également fortement l'activité, notamment pour les paires T·oxoA où un G en 3′ est préféré jusqu'à 68 fois par rapport à un T en 3′, ce qui est cohérent avec les préférences de séquence connues de TDG pour les substrats pyrimidiques.

Une observation mécanistique clé concerne la manière dont TDG active le départ du groupe partant oxoA. La lésion adénine présente un pKa faible en N1 (~3), ce qui laisse envisager une catalyse acide. Cependant, les profils pH-vitesse montrent que l'excision de l'oxoA par TDG est indépendante du pH entre pH 5,5 et 8,5, ce qui exclut une catalyse acide. Ceci contraste avec MutY (qui utilise la catalyse acide pour éliminer l'adénine normale) et avec la propre excision catalysée par acide de la 5-carboxylcytosine par TDG. TDG semble plutôt stabiliser un groupe partant oxoA anionique, une stratégie catalytique inhabituelle.

L'étude dissèque également les rôles de deux résidus conservés du site actif : H151 et Y152. H151 favorise fortement l'excision de l'oxoA (jusqu'à 73 fois), mais antagonise paradoxalement l'excision de la thymine et de l'uracile, ce qui suggère qu'il joue des rôles spécifiques selon le substrat. Le groupement hydroxyle de Y152 est nécessaire à une excision efficace de l'oxoA et de la thymine, mais est dispensable pour l'excision de l'uracile, de la 5-formylcytosine et de la 5-carboxylcytosine, tandis que le cycle aromatique de Y152 est essentiel pour tous les substrats. Ces résultats révèlent une diversité mécanistique inattendue au sein du site actif de TDG et fournissent un cadre pour comprendre comment une seule enzyme peut réparer un large spectre de lésions de l'ADN chimiquement diverses.