Mechanistic comparison of high-fidelity and error-prone DNA polymerases and ligases involved in DNA repair

Chemical Reviews

Volumn 106, Issue 2, 2006, Pages 340-360

  Showalter, Alexander K ^a,b   Lamarche, Brandon J ^a,b   Bakhtina, Marina ^a,b   Su, Mie I ^a,b   Tang, Kuo Hsiang ^a,b   Tsai, Ming Daw ^a,b  

^a OHIO STATE UNIVERSITY   (United States)

^b GENOMICS RESEARCH CENTER   (Taiwan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOCHEMISTRY; CHARACTERIZATION; DNA; GENETIC ENGINEERING; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR STRUCTURE; POLYMERIZATION; REACTION KINETICS; VIRUSES;

AFRICAN SWINE FEVER VIRUS (ASFV); DNA REPAIR; LIGASES; LIGATION; POLYMERASES;

ENZYMES;

DNA; DNA DIRECTED DNA POLYMERASE; POLYDEOXYRIBONUCLEOTIDE SYNTHASE;

ANIMAL; CHEMISTRY; COMPARATIVE STUDY; DNA DAMAGE; DNA REPAIR; GENETICS; HUMAN; KINETICS; METABOLISM; PROTEIN CONFORMATION; REVIEW;

ANIMALS; DNA; DNA DAMAGE; DNA LIGASES; DNA REPAIR; DNA-DIRECTED DNA POLYMERASE; HUMANS; KINETICS; PROTEIN CONFORMATION;

EID: 33644617062     PISSN: 00092665     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr040487k     Document Type: Review

References (123)

1. Beard, W. A.; Wilson, S. H. Chem. Rev. 2006, 106, xxxx.
2. Kunkel, T. A. J. Biol. Chem. 2004, 279, 16895.
3. Joyce, C. M.; Benkovic, S. J. Biochemistry 2004, 43, 14317.
4. Beard, W. A.; Wilson, S. H. Structure 2003, 11, 489.
5. Goodman, M. F. Annu. Rev. Biochem. 2002, 71, 17.
6. Rattray, A. J.; Strathern, J. N. Annu. Rev. Genet. 2003, 37, 31.
7. Tippin, B.; Pham, P.; Goodman, M. F. Trends Microbiol. 2004, 12, 288.
8. Johnson, K. A. Annu. Rev. Biochem. 1993, 62, 685.
9. Roberts, J. D.; Kunkel, T. A. Environ. Mutagen. 1986, 8, 769.
10. Patel, S. S.; Wong, I.; Johnson, K. A. Biochemistry 1991, 30, 511.
11. Dahlberg, M. E.; Benkovic, S. J. Biochemistry 1991, 30, 4835.
12. Kuchta, R. D.; Benkovic, P.; Benkovic, S. J. Biochemistry 1988, 27, 6716.
13. Doublie, S.; Sawaya, M. R.; Ellenberger, T. Structure 1999, 7, R31.
14. Sawaya, M. R.; Prasad, R.; Wilson, S. H.; Kraut, J.; Pelletier, H. Biochemistry 1997, 36, 11205.
15. Werneburg, B. G.; Ahn, J.; Zhong, X.; Hondal, R. J.; Kraynov, V. S.; Tsai, M.-D. Biochemistry 1996, 35, 7041.
16. Zhong, X.; Patel, S. S.; Tsai, M.-D. J. Am. Chem Soc. 1998, 120, 235.
17. Zhong, X.; Patel, S. S.; Werneburg, B. G.; Tsai, M.-D. Biochemistry 1997, 36, 11891.
18. Arndt, J. W.; Gong, W.; Zhong, X.; Showalter, A. K.; Liu, J.; Dunlap, C. A.; Lin, Z.; Paxson, C.; Tsai, M.-D.; Chan, M. K. Biochemistry 2001, 40, 5368.
19. Showalter, A. K.; Tsai, M.-D. Biochemistry 2002, 41, 10571.
20. Yang, L.; Beard, W. A.; Wilson, S. H.; Broyde, S.; Schlick, T. J. Mol. Biol. 2002, 317, 651.
21. Dunlap, C. A.; Tsai, M.-D. Biochemistry 2002, 41, 11226.
22. Gavish, B.; Werber, M. M. Biochemistry 1979, 18, 1269.
23. Bakhtina, M.; Lee, S.; Wang, Y.; Dunlap, C. A., Lamarche, B. J.; Tsai, M.-D. Biochemistry 2005, 44, 5177.
24. Bakhtina, M.; Tsai, M.-D. in preparation.
25. Yang, L.; Arora, K.; Beard, W. A.; Wilson, S. H.; Schlick, T. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8441.
26. Pelletier, H.; Sawaya, M. R.; Kumar, A.; Wilson, S. H.; Kraut, J. Science 1994, 264, 1891.
27. Sawaya, M. R.; Pelletier, H.; Kumar, A.; Wilson, S. H.; Kraut, J. Science 1994, 264, 1930.
28. Bose-Basu, B.; DeRose, E. F.; Kirby, T. W.; Mueller, G. A.; Beard, W. A.; Wilson, S. H.; London, R. E. Biochemistry 2004, 43, 8911.
29. (a) Tang, K.-H.; Tsai, M.-D. manuscript in preparation.
30. (b) Semenyuk, A. V.; Svergun, D. I. J. Appl. Crystallogr. 1991, 24, 537.
31. Krahn, J. M.; Beard, W. A.; Wilson, S. H. Structure 2004, 12, 1823.
32. Purohit, V.; Grindley, N. D. F.; Joyce, C. M. Biochemistry 2003, 42, 10200.
33. Radhakrishnan, R.; Schlick, T. J. Am. Chem Soc. 2005, 127, 13245.
34. Vande Berg, B. J.; Beard, W. A.; Wilson, S. H. J. Biol. Chem. 2001, 276, 3408.
35. Kim, S.-J.; Beard William, A.; Harvey, J.; Shock David, D.; Knutson Jay, R.; Wilson Samuel, H. J. Biol. Chem. 2003, 278, 5072.
36. Arora, K.; Beard, W. A.; Wilson, S. H.; Schlick, T. Biochemistry 2005, 44, 13328.
37. Wong, I.; Patel, S. S.; Johnson, K. A. Biochemistry 1991, 30, 526.
38. Herschlag, D.; Piccirilli, J. A.; Cech, T. R. Biochemistry 1991, 30, 4844.
39. Knowles, J. R. Annu. Rev. Biochem. 1980, 49, 877.
40. Rothwell, P. J.; Mitaksov, V.; Waksman, G. Mol. Cell 2005, 19, 345.
41. Florian, J.; Goodman, M. F.; Warshel, A. Proc. Natl. Acad, Sci. U.S.A. 2005, 102, 6819.
42. Ohmori, H.; Friedberg, E. C.; Fuchs, R. P. P.; Goodman, M. F.; Hanaoka, F.; Hinkle, D.; Kunkel, T. A.; Lawrence, C. W.; Livneh, Z.; Nohmi, T.; Prakash, L.; Prakash, S.; Todo, T.; Walker, G. C.; Wang, Z.; Woodgate, R. Mol. Cell 2001, 8, 7.
43. Johnson, R. E.; Washington, M. T.; Haracska, L.; Prakash, S.; Prakash, L. Nature 2000, 406, 1015.
44. Haracska, L.; Prakash, S.; Prakash, L. Mol. Cell. Biol. 2003, 23, 1453.
45. Washington, M. T.; Minko, I. G.; Johnson, R. E.; Haracska, L.; Harris, T. M.; Lloyd, R. S.; Prakash, S.; Prakash, L. Mol. Cell. Biol. 2004, 24, 6900.
46. Fiala, K. A.; Abdel-Gawad, W.; Suo, Z. Biochemistry 2004, 43, 6751.
47. Matsuda, T.; Bebenek, K.; Masutani, C.; Hanaoka, F.; Kunkel, T. A. Nature 2000, 404, 1011.
48. McCulloch, S. D.; Kokoska, R. J.; Masutani, C.; Iwai, S.; Hanaoka, F.; Kunkel, T. A. Nature 2004, 428, 97.
49. Ohashi, E.; Bebenek, K.; Matsuda, T.; Feaver, W. J.; Gerlach, V. L.; Friedberg, E. C.; Ohmori, H.; Kunkel, T. A. J. Biol. Chem. 2000, 275, 39678.
50. Yang, I.-Y.; Miller, H.; Wang, Z.; Frank, E. G.; Ohmori, H.; Hanaoka, F.; Moriya, M. J. Biol. Chem. 2003, 278, 13989.
51. Zhang, Y.; Yuan, F.; Wu, X.; Wang, Z. Mol. Cell. Biol. 2000, 20, 7099.
52. Zhang, Y.; Yuan, F.; Xin, H.; Wu, X.; Rajpal, D. K.; Yang, D.; Wang, Z. Nucleic Acids Res. 2000, 28, 4147.
53. (a) Zhang, Y.; Yuan, F.; Wu, X.; Wang, M.; Rechkoblit, O.; Taylor, J.-S.; Geacintov, N. E.; Wang, Z. Nucleic Acids Res. 2000, 28, 4138.
54. (b) Ogi, T.; Shinkai, Y.; Tanaka, K.; Ohmori, H. Proc. Natl. Acad Sci. U.S.A. 2002, 99, 15548.
55. Carlson, K. D.; Washington, M. T. Mol. Cell. Biol. 2005, 25, 2169.
56. Bebenek, K.; Tissier, A.; Frank, E. G.; McDonald, J. P.; Prasad, R.; Wilson, S. H.; Woodgate, R.; Kunkel, T. A. Science 2001, 291, 2156.
57. Roettger, M. P.; Fiala, K. A.; Sompalli, S.; Dong, Y.; Suo, Z. Biochemistry 2004, 43, 13827.
58. Vaisman, A.; Tissier, A.; Frank, E. G.; Goodman, M. F.; Woodgate, R. J. Biol. Chem. 2001, 276, 30615.
59. Washington, M. T.; Johnson, R. E.; Prakash, L.; Prakash, S. Mol. Cell. Biol. 2003, 23, 8316.
60. Washington, M. T.; Johnson, R. E.; Prakash, L.; Prakash, S. Mol. Cell. Biol. 2004, 24, 936.
61. Washington, M. T.; Prakash, L.; Prakash, S. Cell 2001, 107, 917.
62. Sun, L.; Zhang, K.; Zhou, L.; Hohler, P.; Kool, E. T.; Yuan, F.; Wang, Z.; Taylor, J. S. Biochemistry 2003, 42, 9431.
63. Washington, M. T.; Prakash, L.; Prakash, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 12093.
64. Washington, M. T.; Wolffe, W. T.; Spratt, T. E.; Prakash, L.; Prakash, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 5113.
65. Hwang, H.; Taylor, J.-S. Biochemistry 2005, 44, 4850.
66. Glick, E.; Chau, J. S.; Vigna, K. L.; McCulloch, S. D.; Adman, E. T.; Kunkel, T. A.; Loeb, L. A. J. Biol. Chem. 2003, 278, 19341.
67. Fiala, K. A.; Suo, Z. Biochemistry 2004, 43, 2116.
68. Fiala, K. A.; Suo, Z. Biochemistry 2004, 43, 2106.
69. Tippin, B.; Kobayashi, S.; Bertram, J. G.; Goodman, M. F. J. Biol. Chem. 2004, 279, 45360.
70. Beard, W. A.; Shock, D. D.; Vande Berg, B. J.; Wilson, S. H. J. Biol. Chem. 2002, 277, 47393.
71. Garcia-Diaz, M.; Bebenek, K.; Krahn, J. M.; Blanco, L., Kunkel, T. A.; Pedersen, L. C. Mol. Cell 2004, 13, 561.
72. Garcia-Diaz, M.; Bebenek, K.; Krahn, J. M.; Kunkel, T. A.; Pedersen, L. C. Nat. Struct. Mol. Biol. 2005, 12, 97.
73. Ling, H.; Boudsocq, F.; Plosky, B. S.; Woodgate, R.; Yang, W. Nature 2003, 424, 1083.
74. Ling, H.; Boudsocq, F.; Woodgate, R.; Yang, W. Cell 2001, 107, 91.
75. Ling, H.; Boudsocq, F.; Woodgate, R.; Yang, W. Mol. Cell 2004, 13, 751.
76. Ling, H.; Sayer, J. M.; Plosky, B. S.; Yagi, H.; Boudsocq, F.; Woodgate, R.; Jerina, D. M.; Yang, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2004, 101, 2265.
77. Nair, D. T.; Johnson, R. E.; Prakash, S.; Prakash, L.; Aggarwal, A. K. Nature 2004, 430, 377.
78. Trincao, J.; Johnson, R. E.; Escalante, C. R.; Prakash, S.; Prakash, L.; Aggarwal, A. K. Mol. Cell 2001, 8, 417.
79. Trincao, J.; Johnson, R. E.; Wolfle, W. T.; Escalante, C. R.; Prakash, S.; Prakash, L.; Aggrawal, A. K. Nat. Struct. Mol. Biol. 2004, 11, 457.
80. Uljon, S. N., Johnson, R. E.; Edwards, T. A.; Prakash, S.; Prakash, L.; Aggarwal, A. K. Structure 2004, 12, 1395.
81. Zhou, B.-L.; Pata, J. D.; Steitz, T. A. Mol. Cell 2001, 8, 427.
82. Boudsocq, F.; Kokoska, R. J.; Plosky, B. S.; Vaisman, A.; Ling, H.; Kunkel, T. A.; Yang, W.; Woodgate, R. J. Biol. Chem. 2004, 279, 32932.
83. Washington, M. T.; Minko, I. G.; Johnson, R. E.; Wolfle, W. T.; Harris, T. M.; Lloyd, R. S.; Prakash, S.; Prakash, L. Mol. Cell. Biol. 2004, 24, 5687.
84. Yanez, R. J.; Rodriguez, J. M.; Nogal, M. L.; Yuste, L.; Enriquez, C.; Rodriguez, J. F.; Vinuela, E. Virology 1995, 208, 249.
85. Garcia-Escudero, R.; Garcia-Diaz, M.; Salas, M. L.; Blanco, L.; Salas, J. J. Mol. Biol. 2003, 326, 1403.
86. Su, M.-I.; Kumar, S.; Showalter, A. K.; Byeon, I.-J. L.; Wu, W.-J.; Tsai, M.-D. Unpublished results.
87. Maciejewski, M. W.; Shin, R.; Pan, B.; Marintchev, A.; Denninger, A.; Mullen, M. A.; Chen, K.; Gryk, M. R.; Mullen, G. P. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 936.
88. Showalter, A. K.; Byeon, I.-J. L.; Su, M.-I.; Tsai, M.-D. Nat. Struct. Biol. 2001, 8, 942.
89. Casas-Finet, J. R.; Kumar, A.; Karpel, R. L.; Wilson, S. H. Biochemistry 1992, 31, 10272.
90. Doublie, S.; Tabor, S.; Long, A. M.; Richardson, C. C.; Ellenberger, T. Nature 1998, 391, 251.
91. Showalter, A. K.; Tsai, M.-D. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1776.
92. Oliveros, M.; Yanez, R. J.; Salas, M. L.; Salas, J.; Vinuela, E.; Blanco, L. J. Biol. Chem. 1997, 272, 30899.
93. Rodriguez, J. M.; Yanez, R. J.; Rodriguez, J. F.; Vinuela, E.; Salas, M. L. Gene 1993, 136, 103.
94. Brookes, S. M.; Dixon, L. K.; Parkhouse, R. M. E. Virology 1996, 224, 84.
95. Rojo, G.; Garcia-Beato, R.; Vinuela, E.; Salas, M. L.; Salas, J. Virology 1999, 257, 524.
96. Dixon, L. K.; Wilkinson, P. J. J. Gen. Virol. 1988, 69, 2981.
97. Cao, W. Curr. Org. Chem. 2002, 6, 827.
98. Lehman, I. R. Science 1974, 186, 790.
99. Gajiwala, K. S.; Pinko, C. Structure 2004, 12, 1449.
100. Georlette, D.; Blaise, V.; Bouillenne, F.; Damien, B.; Thorbjarnardottir, S. H.; Depiereux, E.; Gerday, C.; Uversky, V. N.; Feller, G. Biophys. J. 2004, 86, 1089.
101. Georlette, D.; Blaise, V.; Dohmen, D.; Bouillenne, F.; Damien, B.; Depiereux, E.; Gerday, C.; Uversky, V. N.; Feller, G. J. Biol. Chem. 2003, 278, 49945.
102. Odell, M.; Sriskanda, V.; Shuman, S.; Nikolov, D. B. Mol. Cell 2000, 6, 1183.
103. Sriskanda, V.; Shuman, S. Nucleic Acids Red. 1998, 26, 3536.
104. Lamarche, B. J.; Showalter, A. K.; Tsai, M.-D. Biochemistry 2005, 44, 8408.
105. Bhagwat, A. S.; Sanderson, R. J.; Lindahl, T. Nucleic Acids Res. 1999, 27, 4028.
106. Husain, I.; Tomkinson, A. E.; Burkhart, W. A.; Moyer, M. B.; Ramos, W.; Mackey, Z. B.; Besterman, J. M.; Chen, J. J. Biol. Chem. 1995, 270, 9683.
107. Tomkinson, A. E.; Tappe, N. J.; Friedberg, E. C. Biochemistry 1992, 31, 11762.
108. Tong, J.; Cao, W.; Barany, F. Nucleic Acids Res. 1999, 27, 788.
109. Barany, F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 189.
110. Luo, J.; Bergstrom, D. E.; Barany, F. Nucleic Acids Res. 1996, 24, 3071.
111. Shuman, S. Biochemistry 1995, 34, 16138.
112. Mizuuchi, K.; Nobbs, T. J.; Halford, S. E.; Adzuma, K.; Qin, J. Biochemistry 1999, 38, 4640.
113. Liu, P.; Burdzy, A.; Sowers, L. C. Nucleic Acids Res. 2004, 32, 4503.
114. Pascal, J. M.; O'Brien, P. J.; Tomkinson, A. E.; Ellenberger, T. Nature 2004, 432, 473.
115. Prasad, R., Beard, W. A.; Strauss, P. R.; Wilson, S. H. J. Biol. Chem. 1998, 273, 15263.
116. Srivastava, D. K.; Berg, B. J. V.; Prasad, R.; Molina, J. T.; Beard, W. A.; Tomkinson, A. E.; Wilson, S. H. J. Biol. Chem. 1998, 273, 21203.
117. Sleeth, K. M.; Robson, R. L.; Dianov, G. L. Biochemistry 2004, 43, 12924.
118. Lamarche, B. J.; Tsai, M.-D. Biochemistry, 2006. in press.
119. Price, A.; Lindahl, T. Biochemistry 1991, 30, 8631.
120. Lamarche, B. J.; Tsai, M.-D., in preparation.
121. Lindahl, T. Nature 1993, 362, 709.
122. Chou, K.-M.; Cheng, Y.-C. Nature 2002, 415, 655.
123. Steitz, T. A. J. Biol. Chem. 1999, 274, 17395.