A combinatorial disulfide cross-linking strategy was used to prepare a stalled complex of human immunodeficiency virus–type 1 (HIV-1) reverse transcriptase with a DNA template:primer and a deoxynucleoside triphosphate (dNTP), and the crystal structure of the complex was determined at a resolution of 3.2 angstroms. The presence of a dideoxynucleotide at the 3′-primer terminus allows capture of a state in which the substrates are poised for attack on the dNTP. Conformational changes that accompany formation of the catalytic complex produce distinct clusters of the residues that are altered in viruses resistant to nucleoside analog drugs. The positioning of these residues in the neighborhood of the dNTP helps to resolve some long-standing puzzles about the molecular basis of resistance. The resistance mutations are likely to influence binding or reactivity of the inhibitors, relative to normal dNTPs, and the clustering of the mutations correlates with the chemical structure of the drug.

BCL-2 family proteins constitute a critical control point for the regulation of apoptosis. Protein interaction between BCL-2 members is a prominent mechanism of control and is mediated through the amphipathic α-helical BH3 segment, an essential death domain. We used a chemical strategy, termed hydrocarbon stapling, to generate BH3 peptides with improved pharmacologic properties. The stapled peptides, called “stabilized alpha-helix of BCL-2 domains” (SAHBs), proved to be helical, protease-resistant, and cell-permeable molecules that bound with increased affinity to multidomain BCL-2 member pockets. A SAHB of the BH3 domain from the BID protein specifically activated the apoptotic pathway to kill leukemia cells. In addition, SAHB effectively inhibited the growth of human leukemia xenografts in vivo. Hydrocarbon stapling of native peptides may provide a useful strategy for experimental and therapeutic modulation of protein-protein interactions in many signaling pathways.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVCommunicationNEXTAn All-Hydrocarbon Cross-Linking System for Enhancing the Helicity and Metabolic Stability of PeptidesChristian E. Schafmeister, Julia Po, and Gregory L. VerdineView Author Information Department of Chemistry and Chemical Biology Harvard University, 12 Oxford Street Cambridge, Massachusetts 02138 Cite this: J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 24, 5891–5892Publication Date (Web):June 6, 2000Publication History Received16 February 2000Published online6 June 2000Published inissue 1 June 2000https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja000563ahttps://doi.org/10.1021/ja000563arapid-communicationACS PublicationsCopyright © 2000 American Chemical SocietyRequest reuse permissionsArticle Views14076Altmetric-Citations854LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-AlertscloseSupporting Info (1)»Supporting Information Supporting Information SUBJECTS:Metathesis,Monomers,Nucleic acid structure,Peptides and proteins,Receptors Get e-Alerts

Direct inhibition of transcription factor complexes remains a central challenge in the discipline of ligand discovery. In general, these proteins lack surface involutions suitable for high-affinity binding by small molecules. Here we report the design of synthetic, cell-permeable, stabilized α-helical peptides that target a critical protein–protein interface in the NOTCH transactivation complex. We demonstrate that direct, high-affinity binding of the hydrocarbon-stapled peptide SAHM1 prevents assembly of the active transcriptional complex. Inappropriate NOTCH activation is directly implicated in the pathogenesis of several disease states, including T-cell acute lymphoblastic leukaemia (T-ALL). The treatment of leukaemic cells with SAHM1 results in genome-wide suppression of NOTCH-activated genes. Direct antagonism of the NOTCH transcriptional program causes potent, NOTCH-specific anti-proliferative effects in cultured cells and in a mouse model of NOTCH1-driven T-ALL. The NOTCH complex is of tremendous interest because of its role as a master developmental regulator of gene transcription, a substrate for γ-secretase and an oncogene inappropriately activated in many cancers including T-cell leukaemias. Like the majority of transcription factors, NOTCH was thought to be untargetable by synthetic cell-permeable molecules. But now a promising NOTCH antagonist has been designed, and found to be effective in reducing leukaemia growth in a mouse model. The hydrocarbon-stapled peptide SAHM1 acts by preventing assembly of the active transcriptional complex, providing a potentially valuable tool for studies of the role of NOTCH and a starting point for therapeutic agents. In addition, the direct targeting of transactivation complexes may be applicable to several other transcription factor complexes previously considered untargetable. It is notoriously difficult to target transcription factors with aberrant activity in cancer. Inappropriate activation of the NOTCH complex of transcription factors is directly implicated in the pathogenesis of several disease states, including T-cell acute lymphoblastic leukaemia. The design of synthetic, cell-permeable, stabilized α-helical peptides that disrupt protein–protein interactions in NOTCH is now described.

The p53-hDM2 protein interaction is a validated therapeutic target in cancer. We report the synthesis of stabilized alpha-helix of p53 (SAH-p53) compounds that antagonize the p53-hDM2 interaction. We demonstrate that hydrocarbon stapling confers cellular permeability to a p53 peptide that is then capable of modulating transcriptional activity. The lead SAH-p53 compound triggers apoptosis in hDM2-overexpressing cancer cells by reactivating the native p53 signaling pathway. SAH-p53 is the first example of an all-hydrocarbon i, i+7 stabilized peptide that subverts cancer through direct modulation of a transcriptional pathway.

A DNA cross-link adduct of the antitumor agent mitomycin C (MC) to DNA has been isolated and characterized; the results provide direct proof for bifunctional alkylation of DNA by MC. Exposure of MC to Micrococcus luteus DNA under reductive conditions and subsequent nuclease digestion yielded adducts formed between MC and deoxyguanosine residues. In addition to the two known monoadducts, a bisadduct was obtained. Reductive MC activation with Na 2 S 2 O 4 (sodium dithionite) leads to exclusive bifunctional alkylation. The structure of the bisadduct was determined by spectroscopic methods that included proton magnetic resonance, differential Fourier transform infrared spectroscopy, and circular dichroism. Formation of the same bisadduct in vivo was demonstrated upon injection of rats with MC. Computer-generated models of the bisadduct that was incorporated into the center of the duplex B-DNA decamer d(CGTACGTACG) 2 indicated that the bisadduct fit snugly into the minor groove with minimal distortion of DNA structure. A mechanistic analysis of the factors that govern monofunctional and bifunctional adduct formation is presented.

A central mystery in the function of site-specific DNA-binding proteins is the detailed mechanism for rapid location and binding of target sites in DNA. Human oxoguanine DNA glycosylase 1 (hOgg1), for example, must search out rare 8-oxoguanine lesions to prevent transversion mutations arising from oxidative stress. Here we report high-speed imaging of single hOgg1 enzyme molecules diffusing along DNA stretched by shear flow. Salt-concentration-dependent measurements reveal that such diffusion occurs as hOgg1 slides in persistent contact with DNA. At near-physiologic pH and salt concentration, hOgg1 has a subsecond DNA-binding time and slides with a diffusion constant as high as 5 × 10 6 bp 2 /s. Such a value approaches the theoretical upper limit for one-dimensional diffusion and indicates an activation barrier for sliding of only 0.5 kcal/mol (1 kcal = 4.2 kJ). This nearly barrierless Brownian sliding indicates that DNA glycosylases locate lesion bases by a massively redundant search in which the enzyme selectively binds 8-oxoguanine under kinetic control.

Reactive oxygen species, ionizing radiation, and other free radical generators initiate the conversion of guanine (G) residues in DNA to 8-oxoguanine (OG), which is highly mutagenic as it preferentially mispairs with adenine (A) during replication. Bacteria counter this threat with a multicomponent system that excises the lesion, corrects OG:A mispairs and cleanses the nucleotide precursor pool of dOGTP. Although biochemical evidence has suggested the existence of base-excision DNA repair proteins specific for OG in eukaryotes, little is known about these proteins.Using substrate-mimetic affinity chromatography followed by a mechanism-based covalent trapping procedure, we have isolated a base-excision DNA repair protein from Saccharomyces cerevisiae that processes OG opposite cytosine (OG:C) but acts only weakly on OG:A. A search of the yeast genome database using peptide sequences from the protein identified a gene, OGG1, encoding a predicted 43 kDa (376 amino acid) protein, identical to one identified independently by complementation cloning. Ogg1 has OG:C-specific base-excision DNA repair activity and also intrinsic beta-lyase activity, which proceeds through a Schiff base intermediate. Targeted disruption of the OGG1 gene in yeast revealed a second OG glycosylase/lyase protein, tentatively named Ogg2, which differs from Ogg1 in that it preferentially acts on OG:G.S. cerevisiae has two OG-specific glycosylase/lyases, which differ significantly in their preference for the base opposite the lesion. We suggest that one of these, Ogg1, is closely related in overall three-dimensional structure to Escherichia coli endonuclease III (endo III), a glycosylase/lyase that acts on fragmented and oxidatively damaged pyrimidines. We have recently shown that AlkA, a monofunctional DNA glycosylase that acts on alkylated bases, is structurally homologous to endo III. We have now identified a shared active site motif amongst these three proteins. Using this motif as a protein database searching tool, we find that it is present in a number of other base-excision DNA repair proteins that process diverse lesions. Thus, we propose the existence of a DNA glycosylase superfamily, members of which possess a common fold yet act upon remarkably diverse lesions, ranging from UV photoadducts to mismatches to alkylated or oxidized bases.