DNA双链断裂（DSB）是细胞分裂过程中最严重的DNA损伤类型之一，如果不及时修复，会导致基因突变和癌症。同源重组（HR）是DSB修复的主要途径之一，HR依赖于同源染色体之间的序列匹配，以修复DSB【1】。HR的启动需要先对DSB末端进行DNA端重组，生成单链DNA模板，以便RAD51重组酶等蛋白组装并执行修复。BRCA1-BARD1复合体是重要的肿瘤抑制因子，在HR中发挥关键作用【2】。它参与多个HR阶段，包括DNA端重组，并已被证明与RAD51重组酶相互作用并增强其活性【3】。尽管BRCA1-BARD1在HR中至关重要，但其直接调节DNA端重组活性的机制尚不清楚。近日，来自美国德克萨斯大学健康科学中心的Patrick Sung，Sandeep Burma研究团队和哥伦比亚大学的Eric C. Greene研究团队合作在Nature杂志上发表题为Promotion of DNA end resection by BRCA1-BARD1 in homologous recombination的研究论文，该研究发现BRCA1-BARD1通过增强关键重组酶的活性，以及与DNA端重组机器的协同作用，在DSB修复中发挥至关重要的作用。首先研究人员利用体外酶促反应，将纯化的BRCA1-BARD1、BLM和DNA2与32P标记的DNA底物混合，并观察DNA解旋和DNA端重组的效率。结果发现BRCA1-BARD1显著增强BLM的解旋酶活性和DNA2的DNA端切割酶活性，并提高BLM-DNA2复合物的进程性和效率。接着通过亲和层析实验，研究人员验证BRCA1-BARD1与BLM和DNA2的相互作用。研究结果表明，BRCA1-BARD1与BLM和DNA2直接相互作用，这导致BLM-DNA2途径的DNA解旋和DNA端重组效率显著提高。BRCA1-BARD1的加入还促进了BLM-DNA2复合物的组装进程和效率，使其在DNA端重组过程中发挥更积极的作用。与BRCA1-BARD1增强BLM-DNA2途径的实验类似，研究人员使用纯化的BRCA1-BARD1、WRN和DNA2与32P标记的DNA底物混合，并观察DNA解旋和DNA端重组的效率。通过亲和层析实验，验证BRCA1-BARD1与WRN的相互作用。结果发现BRCA1-BARD1显著增强WRN的解旋酶活性，并提高WRN-DNA2复合物的进程性和效率。与BLM-DNA2途径类似，BRCA1-BARD1的加入并没有改变WRN-DNA2复合物的组成，而是通过增强其活性来提高端重组的效率。研究还发现，BRCA1-BARD1与EXO1直接相互作用，并显著增强EXO1的5’→3’外切酶活性。这意味着BRCA1-BARD1不仅作用于解旋酶和DNA切割酶，也作用于外切酶，进一步增强了DNA端重组的整体效率。机制解析发现BRCA1-BARD1通过与EXO1的特定结构域相互作用，提供辅助作用，促进DNA端的切割，并提高EXO1在DNA端重组过程中的稳定性和效率。例如，BRCA1-BARD1可能通过稳定EXO1的结构，或通过改变其活性位点的电荷状态，来增强其切割能力。最后，研究发现，BRCA1和BLM1都含有独立的DNA结合模块，它们协同作用以增强DNA端重组的效率。此外，BARD1的DNA结合域对于BRCA1-BARD1促进DNA端重组的能力至关重要。这表明BRCA1-BARD1通过与DNA端的结合，更有效地引导和协调重组酶的活性。同期在Nature杂志上，来自瑞士提契诺大学（USI）生物医学院的Petr Cejka研究团队发表题为Mechanism of BRCA1-BARD1 function in DNA end resection and DNA protection的研究论文，该研究也发现了BRCA1-BARD1在DNA端重组中的重要作用，并阐明了其保护DNA的功能。总之，这两项工作都深入探讨了BRCA1-BARD1在DNA双链断裂修复中的关键作用，特别是它在同源重组过程中的DNA端重组阶段。这些研究不仅加深了我们对BRCA1-BARD1功能和癌症发生的理解，还可能为开发针对BRCA1-BARD1缺陷的癌症治疗方法提供新思路。原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07910-2
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07909-9
制版人：十一
1. Tarsounas, M. & Sung, P. The antitumorigenic roles of BRCA1-BARD1 in DNA repair and replication. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 21, 284-299 (2020).
2. Prakash, R., Zhang, Y., Feng, W. & Jasin, M. Homologous recombination and human health: the roles of BRCA1, BRCA2, and associated proteins. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 7, a016600 (2015).
3. Zhao, W. et al. BRCA1-BARD1 promotes RAD51-mediated homologous DNA pairing. Nature 550, 360-365 (2017).
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