2024年3月18日，Cell Press旗下杂志Structure以《Structural insights into the catalytic mechanism of the AP endonuclease AtARP》在线发表了课题组最新研究成果。课题组硕士生郭文婷，以及胡开顺教授课题组巫伟军为文章的共同第一作者。中山大学吴柏星，胡开顺以及台州大学赵志鹏为文章共同通讯作者。
碱基切除修复(BER)是一种重要的基因组防御途径，用于应对内源性或外源性遗传毒性因子诱导的DNA损伤。BER途径中的无碱基核酸内切酶（AP endonuclease）负责清除受损的碱基并切割碱基位点。在植物中，BER通路在5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC) DNA主动去甲基化修饰中起着关键作用。本研究中，我们解析了拟南芥AP内切酶AtARP与含有四氢呋喃(THF)模拟损伤位点的双链DNA复合体的晶体结构。我们确定了AtARP中用于结合和移除基本位点的关键氨基酸残基，以及与孤儿碱基相互作用的残基。此外，我们研究了三种植物AP内切酶之间的异同，并在哺乳动物细胞系中评估了AtARP的DNA修复能力。我们的研究为植物中BER途径的机制提供了进一步的见解。
本研究首先通过AtARP蛋白的AP endonuclease 结构域与DNA的复合物结构，阐明了AtARP蛋白识别双链DNA的重要结构原件，以及识别abasic site的关键氨基酸。并对所鉴定的关键氨基酸进行了突变体的活性验证。随后进一步分析了切除损伤碱基的活性中心，并对其催化所需的重要氨基酸以及金属离子进行了活性探究。结果显示Mg2+具备最高活性。
随后的研究中，通过另外两套结构我们发现，在AP endonuclease结构域当中存在着另外一个潜在的DNA结合位点，可以结合鸟嘌呤核苷酸，如果突变识别该鸟嘌呤核苷酸的氨基酸，将会在一定程度上降低AtARP的活性。同时我们也捕捉到在缺少二价离子的情况下，活性中心氨基酸的构象变化情况。
最后我们将解析的AtARP蛋白与人源及拟南芥当中另外两个AP endonuclease进行了深度的DNA结合特性与活性中心比较，揭示了拟南芥当中三个AP endonuclease的异同。最后，我们在哺乳动物细胞中对全长AtARP蛋白在DNA损伤修复中的作用进行了评估，我们发现AtARP蛋白所含有的独特的SAP结构域有助于增强AtARP蛋白在损伤位点的募集。若敲除该结构域，AtARP将在很大程度上降低向损伤位点的募集情况。
本项目得到国家自然科学基金(31900435,82373150,82172636,82060458,ZRKX2018000153),广东省科技厅(2023B1212060013, 2020B1212030004)，中山大学青年教师培育计划(23PTPY42), 广东省特支计划青年拔尖人才(2021TQ06Y125)等基金的支持。