10月24日，中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所丁建平研究組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上在線發(fā)表了題為“Structural basis for the functional role of the Shu complex in homologous recombination”的論文，該研究揭示了Shu復(fù)合物在DNA同源重組過(guò)程中發(fā)揮生物學(xué)功能的分子機(jī)制。

 

        當(dāng)作為遺傳信息載體的DNA受到損傷后，會(huì)造成其結(jié)構(gòu)和遺傳信息的改變，繼而影響到DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄等過(guò)程，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯和基因表達(dá)失調(diào)，最終可能引發(fā)細(xì)胞的癌變或死亡。對(duì)于數(shù)量龐大、類型多樣的DNA損傷，細(xì)胞進(jìn)化出一系列DNA損傷修復(fù)機(jī)制，用于保證基因組的完整性和穩(wěn)定性。丁建平研究組近年來(lái)致力于DNA損傷修復(fù)通路相關(guān)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能研究，先前已報(bào)道了范可尼貧血信號(hào)通路中MHF1-MHF2復(fù)合物（Structure，2012）和FANCM-FAAP24復(fù)合物（Nucleic Acids Research，2013）的晶體結(jié)構(gòu)，并闡述了這些復(fù)合物與DNA結(jié)合并發(fā)揮其生物學(xué)功能的分子機(jī)制。

 

        Shu復(fù)合物是近年研究發(fā)現(xiàn)的一類保守的、廣泛存在于真核生物，參與調(diào)控DNA同源重組過(guò)程的多元復(fù)合物。在釀酒酵母中，Shu復(fù)合物是由Csm2、Psy3、Shu1和Shu2四個(gè)蛋白組成，通過(guò)參與同源重組途徑而在DNA的損傷修復(fù)和耐受過(guò)程中扮演了重要的角色。迄今為止，Shu1和Shu2蛋白的晶體結(jié)構(gòu)及全復(fù)合物的結(jié)構(gòu)信息仍然不清楚，這影響了對(duì)Shu復(fù)合物在DNA損傷修復(fù)途徑中發(fā)揮生物學(xué)功能的理解。

 

        丁建平組博士生張世成等人成功解析了釀酒酵母源Shu復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)顯示，全長(zhǎng)的四個(gè)組分蛋白Csm2、Psy3、Shu1和Shu2依次順序相互作用形成一個(gè)V型結(jié)構(gòu)，其兩個(gè)亞復(fù)合物Csm2-Psy3和Shu1-Shu2分別位于V型的兩側(cè)。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，Shu1采用了ATPase核心結(jié)構(gòu)域的經(jīng)典折疊方式，是一個(gè)新的Rad51旁系同源蛋白。Shu2是第一個(gè)結(jié)構(gòu)獲得解析的Shu2/SWS1家族蛋白，采用了一種全新的蛋白折疊方式。Shu2蛋白除了包含家族保守的SWIM結(jié)構(gòu)域外，還包含一個(gè)插入結(jié)構(gòu)域，并且都參與了與Shu1的相互作用。Shu1和Shu2通過(guò)大量疏水相互作用和少量親水相互作用形成一個(gè)穩(wěn)定的亞復(fù)合物。在Shu復(fù)合物中，Psy3的N端伸出的大約20個(gè)氨基酸相比于Csm2-Psy3二元復(fù)合物結(jié)構(gòu)中的Psy3發(fā)生了大約60度的偏轉(zhuǎn)，并與Shu1發(fā)生了緊密的相互作用。此外，還發(fā)現(xiàn)Shu1上的Val51在全復(fù)合物組裝過(guò)程中也扮演著重要的角色。在結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)酵母雙雜和pull-down等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相互作用界面上關(guān)鍵氨基酸對(duì)于復(fù)合物形成的作用，并通過(guò)酵母MMS敏感性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Shu復(fù)合物的完整性對(duì)于其在DNA損傷修復(fù)途徑中發(fā)揮功能是必需的。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)復(fù)合物表面電荷分布的分析，并結(jié)合已有的生化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了復(fù)合物結(jié)合DNA的兩個(gè)可能區(qū)域。根據(jù)兩個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特征，進(jìn)一步推測(cè)區(qū)域I主要結(jié)合單鏈DNA，而區(qū)域II則主要結(jié)合雙鏈DNA?；谘芯拷Y(jié)果，研究人員提出了Shu復(fù)合物結(jié)合3'-overhang或fork等同源重組過(guò)程中不同形式結(jié)構(gòu)DNA、以及在DNA損傷修復(fù)途徑中發(fā)揮生物學(xué)功能的分子機(jī)制。

 

        感謝國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究設(shè)施（上海）BL19U1線站的工作人員在晶體衍射數(shù)據(jù)收集中給予的支持與幫助。該項(xiàng)工作得到了生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所陳江野研究員的大力幫助，并得到了國(guó)家科技部，中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)B專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金委的經(jīng)費(fèi)支持。