异源二聚体互作分子机制 为了解复合物结构奠定基础
- 2020/1/7 13:21:05 29587
- 来源：仪表网
【仪表网 仪表产业】2019年12月3日，Journal of Biological Chemistry 杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所周政课题组与美国克利夫兰Lerner Research Institute 的Zihua Gong课题组合作完成的研究论文“Structural basis for shieldin complex subunit 3–mediated recruitment of the checkpoint protein REV7 during DNA double-strand break repair”。该项研究详尽揭露SHLD3蛋白招募REV7的结构基础，对进一步了解细胞的DSB修复通路调控过程具有重要意义。
DNA双链断裂(DNA Double Strand Break，DSB)是极为严重的DNA损伤形式，如未被及时修复它将导致细胞癌变或死亡等严重后果。在脊椎动物中，有两种保守的修复途径被用来处理这些具有毒性的DNA断裂末端，从而确保基因组遗传信息的稳定：非同源末端连接(NHEJ，non-homologous end-joining)，以及同源重组(HR，homologous recombination)。
非同源末端连接(Non-homologous End Joining-NHEJ)是真核生物细胞在不依赖DNA同源性的情况下，而为了避免DNA或染色体断裂(Breaks)的滞留，避免因此造成的DNA降解或对生命力的影响，强行将两个DNA断端彼此连接在一起的一种特殊的DNA双链断裂修复机制。
同源重组(Homologous Recombination) 是指发生在非姐妹染色单体(sister chromatid) 之间或同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合。同源重组需要一系列的蛋白质催化，如原核生物细胞内的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等；以及真核生物细胞内的Rad51、Mre11-Rad50等等。同源重组反应通常根据交叉分子或Holliday结构(Holliday Juncture Structure) 的形成和拆分分为三个阶段，即前联会体阶段、联会体形成和Holliday 结构的拆分。
选择何种途径来实现对DSB的修复在细胞中是受到严密调控的，此过程涉及多种因素的影响，诸如细胞周期、表观遗传调控与DNA末端切除机制等。Shieldin是近期新鉴定出来的具有四个亚基的复合物。它是53BP1的下游效应因子，可直接结合ssDNA末端、抑制DNA末端酶切，进而促进NHEJ修复途径。SHLD3是复合物中上游的因子，其与REV7组成了Shieldin中的“DSB定位模块”，对于损伤发生后复合物的定位非常关键。但人们对SHLD3如何招募REV7并发挥功能这一过程并不清楚。
DNA酶切是指限制性内切酶能特异地结合于一段被称为限制性酶识别序列的DNA序列之内或其附近的特异位点上,并切割双链DNA。DNA纯度、缓冲液、温度条件及限制性内切酶本身都会影响限制性内切酶的活性。
在这项研究中，研究人员解析了SHLD3-REV7复合物的高分辨率晶体结构。结构显示SHLD3的REV7结合结构域(RBD)采用一种“长柄勺”状结构来识别REV7蛋白，并且依据二级结构特性，RBD又可以分为N端和C端两个部分。其中，N端的无规卷曲充当“勺”的柄而C端的α螺旋结构则充当了“勺”的底座。
无规卷曲是蛋白质肽链中没有规律的那部分肽段构象。其结构比较松散，与α-螺旋、β-折叠、β-转角比较起来没有确定规律，但是对于一些蛋白质分子无规卷曲特定构象是不能被破坏的，否则影响整体分子构象和活性。无规卷曲(random coil)或卷曲(coil)，它泛指那些不能被归入明确的二级结构如明确的二级结构如折叠片或螺旋的多肽区段。这些“无规卷曲”有明确而稳定的结构。它们受侧链相互作用的影响很大。这类有序的非重复性结构经常构成酶活性部位和其他蛋白质特异的功能部位。
通过生物化学和生物物理学等多种方法，研究人员证明了SHLD3-RBD 的N端和C端两部分对于其与 REV7 的紧密结合是不可少的。另外，通过表面等离子共振实验，该研究从动力学角度揭示了REV7独特的“安全带”结构对于SHLD3的相互作用十分重要，因为这种独特的结构能够延缓SHLD3-RBD 从REV7上解离的过程，使二者形成的复 合物能够更加稳定的存在。总的来说，该项研究工作揭示了SHLD3-REV7 异源二聚体间相互作用的分子机制，为深入了解整个Shieldin 复合物的结构与功能联系奠定了基础。
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