UV light radiation damages DNA and leads to mutation and cancer. The (6-4) adduct is one of the classes of UV-induced DNA photoproducts. The (6-4) adduct is both highly mutagenic and highly specific with respect to the mutations induced (3' T→C transition) in SOS-induced cells of E.coli. However the nearest neighboring residues of the (6-4) adducts have different effects on the replicating error frequency at this site. The (6-4) adducts flanked by guanines caused higher frequency of the replicating error than those flanked by adenines.
In order to understand the effects of the flanking residues on the mutational properties of the (6-4) adducts, we explored the relationship between the thermal stability of the (6-4)lesion containing duplex and sequence-dependent replicating error frequency by using a combination of both NMR spectroscopy and UV melting experiments. NMR spectra indicate that at all base pairs, (6-4) adduct flanked by G' was more stabilized than that flanked by A' when an G opposite the 3' of (6-4) adduct was substituted for A. Specially, the (6-4) adduct flanked by G ?s of which the 5?side is the most stabilized. And at 37℃ the difference of the free energy changes upon formation (ΔΔG°) of the (6-4) adduct flanked by A' was -1.26kcal/mol, and was -1.887 kcal/mol in the (6-4) adduct flanked by G's. This also indicates that the extent of the stabilization of the (6-4) adduct flanked by G' are larger than flanked by A'. Therefore, because of the themal stability of the (6-4) adduct depending on nearest neighboring residues we conclude that the (6-4) adduct flanked by A' led to 57% 3→C transition which is significantly lower than that flanked by G' of 85%.
자외선에 노출된 DNA는 여러가지 광생성물(photoproduct)들을 만들게 된다. 주된 광생성물은 TpT 위치에서 주로 생기는 (6-4) adduct 와 cis-syn dimmer 이다. 손상된 부위의 DNA를 복제할 때 이 위치에서 돌연변이가 발생하게 되고 이는 나아가 피부암과 같은 여러가지 질환을 일으키게 된다. 이 중 (6-4) 손상은 돌연변이 유발성이 아주 크고, 특이하게 3’→C 돌연변이를 높은 빈도로 일으킨다. 그런데 이러한 돌연변이는 염기서열에 따라 그 정도가 달라진다. 특히, (6-4) 손상 바로 옆에 있는 염기쌍들이 큰 영향을 미치는데, (6-4)손상 옆에 G 염기가 있을 때는 3'T→C 돌연변이가 85%, 옆에 A염기가 있을 때는 57%의 빈도로 일으켜 진다. DNApolymerase가 TR동안 DNA 합성을 하나하나씩 할때 염기를 선택하는 요소는 여러가지가 있지만 그 중 DNA 자체의 열적안정성도 중요한 요소로 작용한다. 이러한 관점에서 볼 때 염기서열에 따른 돌연변이 비율 차이의 원인은 NMR 실험과 열역학 연구로부터 알 수 있었다. (6-4) 손상 옆에 A염기가 있을 때 3’T의 반대위치에서 G가 잘 들어가는 이유는 (6-4) 손상의 3’T가 반대의 구아닌과 안정된 수소 결합을 하고 있고, 이것은 (6-4) adduct형성으로 야기된 심각한 구조 변형을 복구시키고, DNA 전체를 안정화 시키기 때문이었다. (6-4) 손상 옆에 G염기가 있을 때가 A염기가 있을 때 보다 3’T 반대에 구아닌이 더 많이 들어가는 이유는 NMR 데이터에서도 보여주듯이 G가 옆에 있는 (6-4) 손상의 5’쪽이 A가 있을 때보다 훨씬 안정화되는 정도가 컸으며, 전체적으로도 안정화 되는 정도가 컸다. 이것은 열역학 연구에서도 재확인 할 수 있었다.
따라서 지금까지 결과로 볼 때, (6-4) 손상의 바로 옆에 있는 염기쌍에 따라 DNA duplex의 안정화 정도가 달랐는데, 특히 G 염기가 옆에 있을 때 (6-4)손상의 3’TㆍG 염기쌍을 포함하고 있는 DNA duplex를 더 크게 안정화 시켰고, 이러한 차이 때문에 (6-4) 손상 옆에 G염기들이 있으면 3’T→C 돌연변이가 더 높은 빈도로 일으켜 진다고 할 수 있다.
