撰文丨我的閨蜜老紅帽

BRCA2 由 3,418 個氨基酸構成，其突變易導致激素驅動型腫瘤和血癌。其中，最常見的突變導致羧基末端蛋白斷裂【1，2，3，4，5】。 BRCA2 腫瘤抑制功能的研究主要集中在維持基因組穩定性方面，包括（ 1 ）在 G2 細胞周期階段，支持同源定向修復（ HDR ）的 DNA 雙鏈斷裂（ DSB ）修復途徑，（ 2 ）在 S 期，保護復制叉（ FP ）的 DNA 復制穩定【6，7】。然而， FP 和 HDR 在基因上是可分離的，因此， BRCA2 羧基末端和 RAD51 相互作用對 FP 是必需的，而對 HDR 則不是。由于人類癌癥中，三分之二的突變很可能是由復制錯誤造成的，因此，深入研究 BRCA2 羧基末端在復制叉中的作用極為重要。

在沒有中間介質的情況下， RAD51 二聚體可以在單鏈 DNA （ ssDNA ）和雙鏈 DNA （ dsDNA ）上結合。由于 RAD51 寡聚化成螺旋細絲，在柔性 dsDNA 上的組裝比在剛性 dsDNA 上的組裝更快。在 HDR 激活、 ATP 充足的情況下， ssDNA 上延伸的核蛋白絲通過暴露更多 DNA 堿基來實現堿基同源性搜索。 ATP 水解，使得 RAD51 處于與 ADP 結合的 “ 壓縮 ” 形式，促進 RAD51 從 DNA 上解離。然而， RAD51 核蛋白絲復合物的核苷酸結合狀態之間的相互作用，如何影響它們在 HDR 和 FP 中的不同功能一直是謎。

近期，來自 美國 UT MD Anderson Cancer Center 的Katharina Schlacher研究組在Molecular cell上發表題為BRCA2 C-terminal clamp restructures RAD51 dimers to bind B-DNA for replication fork stability的文章，通過詳細的結構和分子分析，發現BRCA2羧基端TR2是一個關鍵的抑癌因子，可以重塑B-DNA結合的RAD51二聚體。

BRCA2 通過兩種不同的機制與 RAD51 重組酶相互作用：（ 1 ）人類 BRCA2 的外顯子 11 所編碼的 8 個保守的 BRC 重復序列；（ 2 ）外顯子 27 所編碼的保守的羧基末端 RAD51 識別結構域（ TR2 ），該結構域與 BRC 重復序列缺乏同源性。這 8 個 BRC 重復序列的主要功能是使 RAD51 絲在 ssDNA 上的成核（ BRC1-4 ）和穩定（ BRC5-8 ）生長，同時抑制 dsDNA 的結合。相反， TR2 通常被認為是用于寡聚體 RAD51 穩定組裝到 ssDNA 上的。因此，上述相互作用最低限度需要含有 36 個殘基的多肽。

為了研究 TR2-RAD51 相互作用如何區分 FP 和 HDR ，作者在 2.7 A ? 分辨率下解析了 TR2-RAD51 的 x 射線晶體結構，并且展示了 TR2 界面（ TR2 interface ， TR2i ）配體與 ATP 類似物結合的 RAD51 二聚體。這一解析是在沒有 DNA 的情況下，通過 x 射線晶體結構的原子細節來實現的，也就是說，展示了成核到結合到 DNA 上之前到狀態。

接下來，作者將結構解析 結果與細胞和分子突變分析相結合，確定 BRCA2 TR2i 可以作為一套變構鉗，將 RAD51 二聚體重塑為前所未有的構象。改變 RAD51 DNA 底物特異性，可以加強 ds 和 B-DNA 的結合。這一發現定義了 TR2i 在維持復制叉穩定性中的作用，并區分了其在 FP 和 HDR 中的生物物理作用。

BRCA2 S3291/P3292 是細胞周期依賴性激酶（ CDK ）的磷酸化位點。最后作者還發現，脯氨酸驅動的二級結構穩定了殘基三聯體，并跨越了 RAD51 二聚體，參與了 RAD51 M210 和 BRCA2 S3291/P3292 的關鍵相互作用。并且，在 S 期與 FP 相互作用，在 G2 期則與 HDR 相關。

綜上所述，作者通過分子生物學干預和精細結構解析，發現BRCA2的羧基端TR2區域重塑了RAD51二聚體，使其能夠結合B-DNA，且這一結合方式不會啟動DSB修復，但可以維持復制叉穩定性。作者的工作改變了學界對BRCA2如何完成兩個相互排斥的RAD51加載功能的理解，并展示了BRCA2在維持復制叉穩定性中的核心作用。

文章來源

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.05.010

制版人： 十一

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