• Polimeraza DNA beta (pol beta) wypełnia luki w pojedynczym nukleotydzie (nt) w DNA wytwarzanym przez ścieżkę naprawy przez wycinanie zasad w komórkach ssaków.
• Określono struktury krystaliczne reprezentujące związki pośrednie w 1-ntowej reakcji wypełniania przerw w pol beta: kompleks binarny z przerwanym substratem DNA (rozdzielczość 2,4 A), kompleks trójskładnikowy zawierający  ddCTP  (2,2 A) oraz kompleks produktu binarnego zawierający tylko nacięty DNA (2,6 A).
• Po związaniu  ddCTP  z kompleksem binarnej przerwy, subdomena kciuka obraca się do zamkniętej konformacji, aby skontaktować się z parą zasad ddCTP-szablon wyeksponowaną w innym przypadku na  rozpuszczalnik .
• Ruch kciuka wyzwala dalsze zmiany konformacyjne, które wprowadzają resztę katalityczną Asp192, dNTP i matrycę do transferu nukleotydów, skutecznie montując miejsce aktywne.
• W produkcie z naciętym kompleksem DNA kciuk powraca do konformacji otwartej, jak w dwuskładnikowym kompleksie DNA z przerwami, ułatwiając dysocjację produktu.
• Odkrycia te sugerują, że pol beta może zwiększać wierność przez mechanizm indukowanego dopasowania, w którym prawidłowe parowanie zasad między szablonem a przychodzącym dNTP indukuje dopasowanie grup katalitycznych do katalizy (poprzez zamknięcie kciuka), ale nieprawidłowe parowanie zasad nie.
• Struktury ujawniają również, że pol beta wiąże zarówno przerwany, jak i nacięty DNA z zagięciem 90 stopni występującym dokładnie na wiązaniu 5′-fosfodiestrowym reszty szablonowej.
• Gdyby DNA nie było zagięte w ten sposób, kontakt między kciukiem a parą zasad dNTP-szablon, prawdopodobnie ważny dla mechanizmu sprawdzania, byłby niemożliwy , zwłaszcza gdy przerwa jest tylko pojedynczym nukleotydem. Takie załamanie 90 stopni może być cechą mechanistyczną stosowaną przez dowolną polimerazę zaangażowaną w wypełnianie luk do końca.

Struktury trójskładnikowych kompleksów szczurzej polimerazy DNA beta, startera-matrycy DNA i  ddCTP .

Dwa trójskładnikowe kompleksy szczurzej polimerazy DNA beta (pol beta), startera DNA matrycy i trifosforanu dideoksycytydyny ( ddCTP ) oznaczono przy rozdzielczości odpowiednio 2,9 A i 3,6 A. ddCTP  jest trifosforanem dideoksycytydyny (ddC), analogu nukleozydu, który jest ukierunkowany na odwrotną transkryptazę ludzkiego wirusa niedoboru odporności (HIV) i jest obecnie stosowany w leczeniu AIDS.

Chociaż kryształy obu kompleksów należą do różnych grup przestrzennych, ich struktury są podobne, co sugeruje, że na oddziaływania polimeraza-DNA- ddCTP nie mają wpływu siły upakowania kryształów. W miejscu aktywnym pol beta atakujący 3′-OH startera wydłużającego, fosforany ddCTP  i dwa jony Mg2+ są skupione wokół Asp190, Asp192 i Asp256.

Dwie z tych reszt, Asp190 i Asp256, są obecne w sekwencjach aminokwasowych wszystkich dotychczas zbadanych polimeraz i są również przestrzennie podobne w czterech polimerazach – fragmencie Klenowa polimerazy I DNA Escherichia coli, odwrotnej transkryptazie HIV-1, RNA T7 polimeraza i szczurzy DNA pol beta – których struktury krystaliczne są obecnie znane. Mechanizm reakcji przenoszenia nukleotydów z dwoma metalami jest opisany i może mieć zastosowanie do wszystkich polimeraz. W analizowanych trójskładnikowych strukturach złożonych pol beta wiąże się z matrycą-starterem DNA w inny sposób niż ostatnio zaproponowany dla innych modeli polimerazy-DNA.

Mechanizm fenotypowy oporności HIV-1 na 3′-azydo-3′-deoksytymidynę (AZT): zwiększona procesywność polimeryzacji i zwiększona wrażliwość na pirofosforan zmutowanej wirusowej odwrotnej transkryptazy.

1. Liczne mutacje związane z wysokim poziomem oporności na AZT (D67N, K70R, T215F, K219Q) powstają w dwóch oddzielnych subdomenach wirusowej odwrotnej transkryptazy (RT), co sugeruje, że te mutacje mogą w różny sposób przyczyniać się do ogólnej oporności.
2. Porównaliśmy RT typu dzikiego ze zmutowanymi enzymami D67N/K70R/T215F/K219Q, D67N/K70R i T215F/K219Q. Mutant D67N/K70R/T215F/K219Q wykazał zwiększoną procesywność polimerazy DNA; wynikało to ze zmniejszonej dysocjacji matryca/starter od RT i było spowodowane mutacjami T215F/K219Q. Mutant D67N/K70R/T215F/K219Q był mniej wrażliwy na AZTTP (IC50 około 300 nM) niż wt RT (IC50 około 100 nM) w obecności 0,5 mM pirofosforanu.
3. Ta zmiana wrażliwości zmutowanego enzymu, w której pośredniczy pirofosforan, była selektywna dla AZTTP, ponieważ podobne wartości Km dla TTP i hamowania przez  ddCTP  i ddGTP odnotowano dla wt i zmutowanej RT przy braku lub w obecności pirofosforanu. Mutant D67N/K70R/T215F/K219Q wykazywał zwiększoną szybkość pirofosforolizy (odwrotnej reakcji syntezy DNA) DNA zakończonego łańcuchem; ta zwiększona pirofosforoliza była spowodowana mutacjami D67N/K70R.
4. Jednak procesywność pirofosforolizy była podobna dla enzymów typu dzikiego i zmutowanych. Proponujemy, że oporność HIV-1 na AZT wynika z selektywnie zmniejszonego wiązania AZTTP i zwiększonego rozszczepiania pirofosforolitycznego wirusowego DNA zakończonego łańcuchem przez zmutowaną RT przy fizjologicznych poziomach pirofosforanu, co skutkuje zmniejszeniem netto zakończenia łańcucha.
5. Zwiększona procesywność syntezy wirusowego DNA może być ważna dla umożliwienia łatwej replikacji HIV w obecności AZT, poprzez kompensację zwiększonej szybkości reakcji odwrotnej.

Polimeraza DNA beta przeprowadza etap wypełniania luk w naprawie poprzez wycinanie zasad inicjowanej uracylem w ekstrakcie jądrowym jąder bydlęcych.

Niedopasowanie G:U w genomowym DNA wynika głównie z deaminacji reszt cytozyny i jest naprawiane przez szlak naprawy przez wycinanie zasad. Odkryliśmy, że surowy ekstrakt jądrowy z jąder bydlęcych przeprowadza in vitro naprawę poprzez wycinanie zasad inicjowaną przez uracyl.

Zastosowano syntetyczny substrat DNA o długości 51 par zasad, zawierający pojedyncze niedopasowanie G:U, a włączenie dCMP podczas naprawy miało wyłącznie zastąpić uracyl. Neutralizujące przeciwciało poliklonalne przeciwko polimerazie DNA beta (beta-pol) hamowało reakcję naprawczą. ddCTP  hamowało również reakcję naprawczą, podczas gdy afidicolina nie miała istotnego wpływu, co sugeruje, że wymagana była aktywność beta-polu. Następnie system naprawy wycięcia bazy został odtworzony przy użyciu częściowo oczyszczonych składników.

Kilka z wymaganych aktywności enzymatycznych zostało rozwiązanych tak, że aktywności ligazy DNA i aktywności endonukleazy uracyl-DNA glikozylazy/apurinowej/apirymidynowej zostały oddzielone od wymaganej polimerazy DNA.

Odkryliśmy, że oczyszczony beta-pol może przywrócić pełną aktywność naprawy DNA frakcji zubożonej w polimerazę DNA, podczas gdy oczyszczone polimerazy DNA alfa, delta i epsilon nie. Te wyniki z oczyszczonymi białkami potwierdziły wyniki uzyskane z surowym ekstraktem i wskazują, że beta-pol jest odpowiedzialny za reakcję wypełniania luki pojedynczego nukleotydu zaangażowaną w ten system naprawy przez wycinanie zasad in vitro.