NUDIX 水解酶 1

可以通过正常细胞代谢产生的氧自由基被认为在诱变和肿瘤发生中起重要作用。在各种类型的氧化性 DNA 损伤中，8-oxo-7,8-dihydroguanine（8-oxoG） 因其丰富性和致突变性而最为重要。MTH1 基因的产物将核苷酸库中的 8-氧代-dGTP 水解为单磷酸盐，从而防止发生颠换突变（Tsuzuki 等人，2001 年总结）。

▼ 克隆与表达

佐久米等人（1993）从 Jurkat 人 T 细胞中纯化 NUDT1。通过对肽片段进行测序，然后对 Jurkat 和 HeLa 细胞 cDNA 文库进行 PCR 分析，他们克隆了全长 NUDT1。推导出的蛋白质含有 156 个氨基酸，计算出的分子量约为 17.9 kD。它有一个 24 个氨基酸的基序，类似于大肠杆菌 mutT 的中心催化区。凝胶过滤分析在对应于 18 kD 的位置检测到 NUDT1。

通过对从 Jurkat 细胞获得的 MTH1 克隆进行测序，Oda 等人（1997）鉴定了 7 个 MTH1 变体，它们在外显子 1 和 2 的剪接方面不同，并且包含不同的 AUG 翻译起始密码子。预测包含外显子 1a 和缺乏外显子 2 的主要变体编码 18-kD 蛋白质。Northern 印迹分析检测到一个 0.8-kb MTH1 转录本在所检查的 21 种组织和 2 种细胞系中的大多数中可变表达。在 Jurkat 细胞中检测到最高表达，其次是睾丸、胸腺和 HeLa 细胞。蛋白质印迹分析在来自各种人类细胞系的粗提物中检测到多种 MTH1 蛋白。线粒体基质中存在一小部分 MTH1。

通过体外翻译蛋白的蛋白质印迹分析，Oda 等人（1999）发现 7 个主要的 MTH1 剪接变体编码的蛋白质表观分子量分别为 22、21 和 18 kD。外显子 2c 开头的多态性改变（GU-to-GC） 将框内 UGA 转化为 CGA，在更上游产生另一个 UGA，并产生额外的 26 kD 多肽。MTH1 亚型具有独特的 N 端序列，但它们都包含催化 Nudix 基序。

▼ 基因结构

古一等人（1994）分离出编码 NUDT1 的基因组序列，他们称之为 MTH1。他们确定 NUDT1 基因由至少 4 个外显子组成，跨度约为 9 kb。

五十岚等人（1997）表明小鼠 Mth1 基因由 5 个外显子组成，跨越约 6 kb 的基因组 DNA；前 2 个外显子是非编码的。作者证实，人类基因包含 4 个外显子，其中第一个是非编码的。

小田等人（1997）确定 NUDT1 基因包含 5 个主要外显子。外显子 1 有 2 个连续替代序列（1a 和 1b）和外显子 2 有 3 个连续替代片段（2a、2b 和 2c）。大多数 NUDT1 转录本具有 3 个替代翻译起始位点，并且 SNP 引入了一个额外的翻译起始位点。5 元上游区域缺乏 TATA 或 CCAAT 序列，但它富含 GC，并具有潜在的 SP1（ 189906 ） 结合位点。NUDT1 还具有 ETS 家族蛋白的潜在结合位点（参见164720）。

▼ 测绘

通过荧光原位杂交，Furuichi 等人（1994）将 NUDT1 基因定位到染色体 7p22。

▼ 基因功能

与野生型细胞相比，从 mutT 基因中删除的大肠杆菌细胞经常具有升高的突变。佐久米等人（1993）发现与对照 mutT 阴性细胞相比，人类 NUDT1 在 mutT 阴性大肠杆菌中的表达增加了 8-oxo-dGTPase 活性并降低了突变频率。

Oda 等人使用 Northern 印迹分析（1997）发现 MTH1 在静止的人淋巴细胞中表达较低，但在受刺激增殖的淋巴细胞中表达增加。小田等人（1997）指出所有 MTH1 异构体都水解 8-oxo-GTP。

癌症具有功能失调的氧化还原调节，导致产生活性氧，破坏 DNA 和游离脱氧核苷三磷酸（dNTP）。MTH1 蛋白对氧化的 dNTP 池进行消毒，以防止在 DNA 复制过程中掺入受损碱基。虽然 MTH1 在正常细胞中是非必需的，但Gad 等人（2014）表明癌细胞需要 MTH1 活性来避免氧化 dNTP 的掺入，从而导致 DNA 损伤和细胞死亡。加德等人（2014）验证了 MTH1 作为体内抗癌靶点，并将小分子 TH287 和 TH588 描述为一流的 nudix 水解酶家族抑制剂，可有效和选择性地参与和抑制细胞中的 MTH1 蛋白。蛋白质共晶体结构表明抑制剂结合在 MTH1 的活性位点。抑制剂导致氧化的 dNTP 掺入癌细胞中，导致 DNA 损伤、细胞毒性和患者来源的小鼠异种移植物中的治疗反应。加德等人（2014 年）得出结论，这项研究举例说明了抗癌治疗的非癌基因成瘾概念，并验证 MTH1 是癌症表型致死的。

胡贝尔等人（2014）使用化学蛋白质组学方法将 MTH1（一种核苷酸池消毒酶）鉴定为小分子 SCH51344 的靶标。MTH1 功能丧失损害了 KRAS（ 190070 ） 肿瘤细胞的生长，而 MTH1 过表达降低了对 SCH51344 的敏感性。Huber 等人正在寻找更多类似药物的抑制剂（2014）将激酶抑制剂克唑替尼确定为 MTH1 活性的纳摩尔抑制剂。令人惊讶的是，该药物的临床使用的 R-对映异构体是无活性的，而 S-对映异构体选择性地抑制了 MTH1 的催化活性。两种对映体的酶学分析、化学蛋白质组学分析、kinomewide 活性调查和 MTH1 共晶结构为这种显着的立体特异性提供了基本原理。通过 S-crizotinib 抑制 MTH1 破坏核苷酸池稳态可诱导 DNA 单链断裂增加，激活人结肠癌细胞中的 DNA 修复，并有效抑制动物模型中的肿瘤生长。胡贝尔等人（2014）得出的结论是，他们的结果确定 S-crizotinib 是一种有吸引力的化学实体，可用于进一步的临床前评估，而 MTH1 的小分子抑制剂通常是一种有前途的新型抗癌药物。

▼ 生化特征

三岛等人（2004）提出了 156 个氨基酸重组人 MTH1 的溶液结构。尽管人类 MTH1 和大肠杆菌 mutT 之间的序列同一性在 Nudix 基序之外低至 9.3%，但它们的整体 α-plus-β 折叠看起来相似。MTH1 的 Nudix 基序（残基 37-59）采用大约 3 圈的两亲螺旋和前面的发夹样环，它形成了推定的核苷酸结合口袋的一部分。预测核苷酸结合口袋将结合配体核苷酸的碱基部分，并且预测 Nudix 基序的酸性残基通过配位金属间接结合底物的磷酸基团。混合后，MTH1 以 1:1 的比例结合 8-oxo-dGDP。8-oxo-dGDP 或 2-OH-dADP 的结合导致疏水袋中残基的位置偏移。

▼ 动物模型

都木等人（2001）发现 Mth1 缺失的小鼠表现正常。然而，在 18 个月大时，它们的肿瘤发病率高于野生型，特别是在肺、肝和胃中。在 12 个月大的 Mth1 缺失小鼠中未见明显异常。Mth1-null 细胞显示出升高的突变率。