UM研究人員解決了對DNA修復很重要的BRCA2蛋白復合物的結(jié)構

ANN ARBOR——BRCA2 的首字母可能因與許多乳腺癌病例相關的基因而廣為人知，BRCA2 基因編碼的蛋白質(zhì)對于修復 DNA 斷裂至關重要。

這種相互作用的破壞是許多癌癥的標志?，F(xiàn)在，密歇根大學的科學家們已經(jīng)確定了兩種蛋白質(zhì)復合物的結(jié)構——BRCA2 和 MEILB2——允許在經(jīng)歷細胞分裂的細胞中有效地進行修復，稱為減數(shù)分裂。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然結(jié)構和分子生物學》上，對癌癥和不孕癥具有重大意義。

“我們知道文獻中有很多關于癌癥中 BRCA2 突變的例子，但我們的研究結(jié)果現(xiàn)在表明 BRCA2 的 MEILB2 結(jié)合區(qū)域可能是發(fā)現(xiàn)與不育相關突變的熱點，”研究作者和 UM 結(jié)構生物學家Jayakrishnan Nandakumar 說。，分子、細胞和發(fā)育生物學副教授。

在生殖細胞(產(chǎn)生精子或卵子的細胞)中，在細胞進行減數(shù)分裂之前，每條染色體中都會發(fā)生 DNA 斷裂。斷裂確?；蚧旌弦詣?chuàng)造遺傳多樣性，而不是父母的精確副本。在減數(shù)分裂中，每個生殖細胞分裂兩次，因此每個卵子或精子最終只有每個染色體的一個副本。然后當卵子遇到精子時，胚胎就有了正確數(shù)量的染色體對。

在第一次分裂發(fā)生之前，生殖細胞中的染色體緊密配對，然后一對中的每條染色體斷裂并與來自其伴侶的片段重新連接，以在稱為交叉的過程中交換基因。然后所有這些 DNA 斷裂都需要快速重新連接。

Nandakumar 解釋說，想想三明治。“小圓面包”由頂部和底部的 MEILB2 蛋白質(zhì)的四個相同副本組成，中間有兩個 BRCA2 蛋白質(zhì)。MEILB2 蛋白夾心將 BRCA2 蛋白精確地帶到 DNA 斷裂點。

為了確定這種 BRCA2 復合物的結(jié)構，研究人員使用了 X 射線晶體學。在這個過程中，蛋白質(zhì)晶體受到 X 射線的轟擊，當 X 射線從晶體中的原子偏轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的圖案使研究人員能夠找出每個原子在分子的 3D 結(jié)構中的位置。這將幫助他們弄清楚 BRCA2 蛋白是如何與 MEILB2 蛋白相連的。

第一步是生長 BRCA2 復合物的晶體。經(jīng)過多次反復試驗，Nandakumar 實驗室的化學生物學研究生德文彭德伯里成功地結(jié)晶了 BRCA2 復合體的人類形式。幸運的是，密歇根大學的研究人員能夠在所有研究于 2020 年 3 月關閉的前幾天在阿貢國家實驗室收集數(shù)據(jù)。

根據(jù) MCDB 研究生 Ritvija Agrawal 的 X 射線晶體學數(shù)據(jù)和其他實驗，該團隊確定了蛋白質(zhì)復合物的結(jié)構以及這兩種蛋白質(zhì)如何協(xié)同工作。他們報告說，這是一種有點不尋常的蛋白質(zhì)相互作用。

為了驗證他們的發(fā)現(xiàn)，他們根據(jù)結(jié)構創(chuàng)建了 BRCA2 和 MEILB2 的突變版本，并展示了這些突變體如何無法相互形成這種復合體。

為了進一步驗證 MEILB2-BRCA2 復雜結(jié)構，瑞典哥德堡大學的合作者在經(jīng)歷減數(shù)分裂的小鼠細胞中引入了等效的突變版本。突變體 BRCA2 或 MEILB2 未能到達需要重新連接的 DNA 斷裂處。

“雖然我們知道 BRCA2 是減數(shù)分裂中 DNA 重組所必需的，但我們不知道它如何能夠有效地完成這項關鍵工作，”Nandakumar 說。“作為這種修復復合物一部分的 MEILB2 應該只存在于經(jīng)歷減數(shù)分裂的細胞中，但 MEILB2 也已在幾種癌癥中被發(fā)現(xiàn)?？赡苁?MEILB2 非常有效地‘劫持’了癌細胞中的 BRCA2，防止了正確的DNA 的修復。”

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