Die Struktur der DNA-gebundenen menschlichen Topoisomerase II Alpha: Konformationsmechanismen zur Koordination der Inter-Untereinheiten-Interaktionen mit DNA-Spaltung

Topoisomerasen der Typ II sind erforderlich für das Management der DNA-Superhelizität und der Chromosomen-Separation und dienen als vorderste Ziele für eine Vielzahl von niedermolekularen Therapeutika. Um besser zu verstehen, wie diese Enzyme in beiden Kontexten wirken, haben wir die Struktur des DNA-Spaltungszentrums der menschlichen Topoisomerase IIα (TOP2A) mit einer Auflösung von 2,9 Å bestimmt, die an ein doppelt geschnittenes, 30-bp Duplex-Oligonukleotid gebunden ist. In Übereinstimmung mit früheren biochemischen und strukturellen Studien beugt TOP2A sein DNA-Substrat erheblich durch ein bipartites, nucleolytisches Zentrum, das an einer N-terminalen Dimerisierungs-Schnittstelle des Spaltungszentrums gebildet wird. Dennoch nimmt das Protein auch eine globale Konformation an, in der der zweite seiner beiden Inter-Protomer-Kontaktpunkte, einer am C-terminalen Ende, sich getrennt hat. Diese Erkenntnis, zusammen mit vergleichenden strukturellen Analysen, zeigt, dass die Hauptstelle für DNA-Interaktion hoch quantisierte konformationale Übergänge zwischen verschiedenen Bindungs-, Spaltungs- und medikamenten-inhibierten Zuständen durchläuft, die mit der Kontrolle der Interaktionen zwischen den Untereinheiten korrelieren. Eine zusätzliche Betrachtung unseres TOP2A-Modells im Lichte eines von Etoposid-inhibierten Komplexes der menschlichen Topoisomerase IIβ (TOP2B) deutet auf mögliche Modifikationspunkte zur Entwicklung von paralogspezifischen Inhibitoren hin, um die Tendenz der auf Topoisomerase II abzielenden Chemotherapeutika zur Entstehung sekundärer Malignome zu überwinden.