Crystal structures of ternary complexes of archaeal B-family DNA polymerases

Abstract

Archaeal B-family polymerases drive biotechnology by accepting a wide substrate range of chemically modified nucleotides. By now no structural data for archaeal B-family DNA polymerases in a closed, ternary complex are available, which would be the basis for developing next generation nucleotides. We present the ternary crystal structures of KOD and 9°N DNA polymerases complexed with DNA and the incoming dATP. The structures reveal a third metal ion in the active site, which was so far only observed for the eukaryotic B-family DNA polymerase δ and no other B-family DNA polymerase. The structures reveal a wide inner channel and numerous interactions with the template strand that provide space for modifications within the enzyme and may account for the high processivity, respectively. The crystal structures provide insights into the superiority over other DNA polymerases concerning the acceptance of modified nucleotides.

Struktur einer archaealen B‐Familien‐DNA‐Polymerase in Komplex mit einem chemisch modifizierten Nukleotid

“…Kürzlich wurden Kristallstrukturen geschlossener, ternärer Komplexe von KOD‐DNA‐Pol und einer Mutante veröffentlicht, welche erste Einblicke in die Koordination des Triphosphats und der Metallionen im aktiven Zentrum geben.…”

“…Da nicht modifiziertes dATP im Komplex mit KOD‐DNA‐Pol in unserer neusten Studie kristallisierte, fokussierten wir uns darauf dieses Nukleotid zu modifizieren und synthetisierten das 7‐deaza‐modifizierte Adenosinderivat dA*TP (Abbildung , für Details siehe die Hintergrundinformationen, Schema S1). Die Modifikation wurde, aufgrund ihrer Wichtigkeit in der DNA‐Sequenzierung,, ausgewählt.…”

“…Das erhaltene dA*TP wurde in Co‐Kristallisationsversuchen mit KOD‐DNA‐Pol eingesetzt. Dem Ansatz von KOD‐DNA‐Pol im Komplex mit nicht modifiziertem dATP (KOD‐dATP) folgend, haben wir eine geschlossene, ternäre Struktur von KOD‐DNA‐Pol in Komplex mit dA*TP (KOD‐dA*TP) erhalten. Die Struktur wurde mittels Verfeinerung gegen KOD‐DNA‐Pol‐Wildtyp (PDB ID: 5OMF) mit einer Auflösung von 2.0 Å gelöst.…”

“…Dem Ansatz von KOD‐DNA‐Pol im Komplex mit nicht modifiziertem dATP (KOD‐dATP) folgend, haben wir eine geschlossene, ternäre Struktur von KOD‐DNA‐Pol in Komplex mit dA*TP (KOD‐dA*TP) erhalten. Die Struktur wurde mittels Verfeinerung gegen KOD‐DNA‐Pol‐Wildtyp (PDB ID: 5OMF) mit einer Auflösung von 2.0 Å gelöst. Sie zeigt einen zur Katalyse bereiten Komplex mit einer geschlossenen Fingerdomäne, die das naszierende dA*TP‐dT‐Basenpaar einschließt.…”

XNA Synthesis and Reverse Transcription by Engineered Thermophilic Polymerases

“…Their templatedependent, enzyme-catalyzed synthesis cannot be carried out by natural DNA polymerases, which have multiple mechanisms to exclude non-cognate substrates and to detect misincorporations and nascent helix distortions. Recent structures (Kropp et al, 2017) show that B-family DNAPs have larger DNA-binding channels than A-family DNAPs, suggesting they may be more permissive for XNA synthesis. Recent structures (Kropp et al, 2017) show that B-family DNAPs have larger DNA-binding channels than A-family DNAPs, suggesting they may be more permissive for XNA synthesis.…”