探討 BCDX2 蛋白質複合體的生化特性與其與 RAD51 重組酵素的交互作用

Abstract

同源重組 (homologous recombination) 主要透過修復去氧核醣核酸雙股斷裂 (DNA double-strand breaks) 來維持基因體的穩定。在同源重組中，演化上被高度保留的 RAD51 重組酵素 (RAD51 recombinase) 是執行同源重組反應來修復雙股斷裂的去氧核醣核酸所不可或缺的。除此之外，研究發現在細胞內除了 RAD51 之外，去氧核醣核酸的修復還需要另外五個 RAD51 的同源蛋白質 (paralog) 形成兩個主要的蛋白質複合體，分別是 BCDX2 以及 CX3。目前已知這些 RAD51 的同源蛋白質與 RAD51 約有二十至三十百分比的胺基酸序列相似性，並且也具有結合與水解三磷酸腺苷 (ATP) 的能力。然而，由於過去純化 BCDX2 蛋白質複合體的困難，導致目前關於 BCDX2 複合體的生化特性以及與 RAD51 作用相關的詳細機制仍有許多未知。在我們的研究中，我們成功地建立了表達和純化 BCDX2 複合體重組蛋白質的系統，並且得到了 BCDX2 複合體重組蛋白質。我們的研究證明了重組蛋白質 BCDX2 複合體具有結合單股去氧核醣核酸 (single-strand DNA) 的能力也和 RAD51 有直接的蛋白質交互作用。 然而，出乎我們意料之外，純化的 BCDX2 蛋白質複合體，特別是 RAD51B 能夠在體外實驗被磷酸化 (phosphorylation)，並且我們初步的實驗證明 RAD51B 的磷酸化能夠影響 BCDX2 複合體與 RAD51 的交互作用。

Homologous recombination (HR) plays a central role in maintaining genomic integrity by repairing DNA double-strand breaks (DSBs). The evolutionarily conserved RAD51 recombinase is the key enzyme to execute the recombination-mediated DSB repair. Moreover, cell-based studies have well documented that five RAD51 paralogs forming two distinct complexes BCDX2 and CX3 are required for RAD51 activity. These RAD51 paralogs share about 20-30% sequence identity at amino acid level with RAD51 and possess the ability of ATP binding and hydrolysis. However, it remains largely unknown about the mechanistic perspective of the BCDX2 complex in regulating RAD51 activity due to the difficulty of obtaining BCDX2 protein complex. Here we successfully established expression and purification procedures of the BCDX2 complex in the human expression system. The purified BCDX2 complex exhibits the single-strand DNA binding activity and physically interacts with RAD51. To our surprise, we found that RAD51B could be phosphorylated in vitro. Our preliminary data indicates that the phosphorylation of RAD51B affects the protein-protein interaction between BCDX2 complex and RAD51 recombinase.