Error-prone DNA synthesis on click-ligated templates

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Click ligation is a technology of joining DNA fragments based on azide–alkyne cycloaddition. In the most common variant, click ligation introduces a 4-methyl-1,2,3-triazole (trz) group instead of the phosphodiester bond between two adjacent nucleosides. While this linkage is believed to be biocompatible, little is known about the possibility of its recognition by DNA repair systems or its potential for DNA polymerase stalling and miscoding. Here we report that trz linkage is resistant to several human and bacterial endonucleases involved in DNA repair. At the same time, it strongly blocks some DNA polymerases (Pfu, DNA polymerase β) while allowing bypass by others (phage RB69 polymerase, Klenow fragment). All polymerases except for DNA polymerase β showed high frequency of misinsertion at the trz site, incorporating dAMP instead of the next complementary nucleotide. Thus, click ligation may be expected to produce a large amount of errors if used in custom gene synthesis.

Sobre autores

A. Endutkin

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk

A. Yakovlev

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS; Novosibirsk State University

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk; Novosibirsk

T. Zharkov

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk

V. Golyshev

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk

A. Yudkina

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Rússia, Novosibirsk

D. Zharkov

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS; Novosibirsk State University

Autor responsável pela correspondência
Email: dzharkov@niboch.nsc.ru

Corresponding Member of the RAS

Rússia, Novosibirsk; Novosibirsk

Bibliografia

  1. Rostovtsev V.V., Green L.G., Fokin V.V., et al. A stepwise Huisgen cycloaddition process: Copper(I)-catalyzed regioselective ligation of azides and terminal alkynes, Angew. Chem. Int. Ed., 2002, vol. 41, no. 14, pp. 2596–2599.
  2. Tornøe C.W., Christensen C., and Meldal M. Peptidotriazoles on solid phase: [1,2,3]-Triazoles by regiospecific copper(I)-catalyzed 1,3-dipolar cycloadditions of terminal alkynes to azides, J. Org. Chem. 2002, vol. 67, no. 9. pp. 3057–3064.
  3. Gierlich J., Burley G.A., Gramlich P.M.E., et al. Click chemistry as a reliable method for the high-density postsynthetic functionalization of alkyne-modified DNA, Org. Lett., 2006, vol. 8, no. 17, pp. 3639–3642.
  4. Seela F., and Sirivolu V.R. DNA containing side chains with terminal triple bonds: Base-pair stability and functionalization of alkynylated pyrimidines and 7-deazapurines, Chem. Biodivers., 2006, vol. 3, no. 5. pp. 509–514.
  5. El-Sagheer A.H., Sanzone A.P., Gao R., et al. Biocompatible artificial DNA linker that is read through by DNA polymerases and is functional in Escherichia coli, Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 2011, vol. 108, no. 28, pp. 11338–11343.
  6. Sanzone A.P., El-Sagheer A.H., Brown T., and Tavassoli A. Assessing the biocompatibility of click-linked DNA in Escherichia coli, Nucleic Acids Res., 2012, vol. 40, no. 20, pp. 10567–10575.
  7. Dallmann A., El-Sagheer A.H., Dehmel L., et al. Structure and dynamics of triazole-linked DNA: Biocompatibility explained, Chemistry, 2011, vol. 17, no. 52, pp. 14714–14717.
  8. El-Sagheer A.H., and Brown T. New strategy for the synthesis of chemically modified RNA constructs exemplified by hairpin and hammerhead ribozymes, Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 2010, vol. 107, no. 35, pp. 15329–15334.
  9. El-Sagheer A.H., and Brown T. Efficient RNA synthesis by in vitro transcription of a triazole-modified DNA template, Chem. Commun., 2011, vol. 47, no. 44, pp. 12057–12058.
  10. Rothwell P.J., and Waksman G. Structure and mechanism of DNA polymerases, Adv. Protein Chem., 2005, vol. 71, pp. 401–440.
  11. Endutkin A.V., Yudkina A.V., Zharkov T.D., et al. Recognition of a clickable abasic site analog by DNA polymerases and DNA repair enzymes, Int. J. Mol. Sci., 2022, vol. 23, no. 21, 13353.
  12. Ishchenko A.A., Ide H., Ramotar D., et al. α-Anomeric deoxynucleotides, anoxic products of ionizing radiation, are substrates for the endonuclease IV-type AP endonucleases, Biochemistry, 2004, vol. 43, no. 48, pp. 15210–15216.
  13. Du X., Yang Z., Xie G., et al. Molecular basis of the plant ROS1-mediated active DNA demethylation, Nat. Plants, 2023, vol. 9, no. 2, pp. 271–279.
  14. Shen J.-C., Creighton S., Jones P.A., and Goodman M.F. A comparison of the fidelity of copying 5-methylcytosine and cytosine at a defined DNA template site, Nucleic Acids Res., 1992, vol. 20, no. 19, pp. 5119–5125.
  15. Zahn K.E., Averill A., Wallace S.S., and Doublié S. The miscoding potential of 5-hydroxycytosine arises due to template instability in the replicative polymerase active site, Biochemistry, 2011, vol. 50, no. 47, pp. 10350–10358.
  16. Howard M.J., Foley K.G., Shock D.D., et al. Molecular basis for the faithful replication of 5-methylcytosine and its oxidized forms by DNA polymerase β, J. Biol. Chem., 2019, vol. 294, no. 18, pp. 7194–7201.
  17. Taylor J.-S. New structural and mechanistic insight into the A-rule and the instructional and non-instructional behavior of DNA photoproducts and other lesions, Mutat. Res., 2002, vol. 510, no. 1–2, pp. 55–70.
  18. Obeid S., Baccaro A., Welte W., et al. Structural basis for the synthesis of nucleobase modified DNA by Thermus aquaticus DNA polymerase, Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A., 2010, vol. 107, no. 50, pp. 21327–21331.
  19. Xia S., Vashishtha A., Bulkley D. et al. Contribution of partial charge interactions and base stacking to the efficiency of primer extension at and beyond abasic sites in DNA, Biochemistry, 2012, vol. 51, no. 24, pp. 4922–4931.
  20. Beard W.A., Shock D.D., Batra V.K. et al. DNA polymerase β substrate specificity: Side chain modulation of the “A-rule”, J. Biol. Chem., 2009, vol. 284, no. 46, pp. 31680–31689.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».