全 文 ：第27卷 第2期
2015年2月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 27, No. 2
Feb., 2015
文章编号：1004-0374(2015)02-0198-05
DOI: 10.13376/j.cbls/2015028
收稿日期：2014-06-10； 修回日期：2014-07-22
基金项目：国家自然科学基金项目 (21172054)；
郑州市创新型科技人才队伍建设工程资助项目
(10LJRC174)；河南省教育厅科学技术研究重点项目
(13B150947)
*通信作者：赵东欣，E-mail: zhaodx798@163.com;
卢奎，E-mail: luckyluke@haut.edu.cn
BRCA2的BRC4基元与RAD51相互作用位点的研究进展
赵东欣1*，李林彬1，卢　奎1,2*，马　丽1，何　娟1
(1 河南工业大学化学化工学院，郑州 450001；2 河南工程学院，郑州 451191)
摘　要：乳腺癌易感基因 2 (breast cancer susceptibility gene 2, BRCA2)，是人体内一种与乳腺、卵巢、胰腺
等部位的肿瘤有关的抑癌基因。人的 RAD51 (hRAD51)是参与 DNA同源重组修复过程的关键蛋白。
BRCA2蛋白通过其结构中 8个高度保守的 BRC重复基元来调控 hRAD51通过同源重组对 DNA损伤进行
的修复，从而阻止细胞癌变。在 BRCA2的 8个 BRC重复基元中，BRC4与同源重组酶 hRAD51的相互作
用较为明显。综述了 BRCA2的 BRC4基元与 hRAD51相互作用位点的研究进展，为了解 BRCA2与 RAD51
相互作用的分子机理提供基础。
关键词：乳腺癌易感基因 2；BRC4；RAD51；作用位点
中图分类号：Q617；R73 文献标志码：A
Research progresses on the interaction sites between
BRC4 motif of BRCA2 and RAD51
ZHAO Dong-Xin1*, LI Lin-Bin1, LU Kui1,2*, MA Li1, HE Juan1
(1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China;
2 Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191, China)
Abstract: Breast cancer susceptibility gene 2 (BRCA2) is a tumor suppressor gene which is related to different
cancers, such as breast, ovarian, pancreatic cancer. Human RAD51 (hRAD51) protein plays a crucial role in
homologous recombination. BRCA2 interacts directly with RAD51 through eight highly conserved BRC motifs and
stimulates the exchange of RAD51-mediated DNA strand in DNA double-strand breaks repair. BRC4 motif shows
stronger binding ability to human RAD51 than the other BRC repeats. In order to better understand the molecular
interactions between BRCA2 and RAD51, the research progresses on the binding sites of BRC4 and hRAD51 were
summarized here.
Key words: BRC4; BRCA2; RAD51; interaction sites
癌症是威胁人类生命的一大疾病，随着人们生
活质量的提高，癌症发病率却有增无减，这迫使人
们想要了解癌症形成的根本原因。因此，从分子角
度研究癌症的致病机理，成为近年来的一个研究热
点 [1]。人体内存在一些能抑制癌症的基因，即抑癌
基因 (BRCA2、p53等 ) [2]，它们的产物通过修复
DNA损伤、抑制细胞不正常增殖等途径抑制癌症
的形成。一旦抑癌蛋白无法正常执行其功能，就很
可能会导致癌症的发生。
乳腺癌易感基因 2 (breast cancer susceptibility gene
2, BRCA2)在同源重组修复双链 DNA断裂损伤的初
期起着关键作用。BRCA2蛋白突变，DNA的修复
和基因调节会受到影响，从而使细胞内集中了关键
基因或其产物的部位发生突变，导致乳腺癌、卵巢
癌、前列腺癌和胰腺癌等疾病的高发 [3]。BRCA2
赵东欣，等：BRCA2的BRC4基元与RAD51相互作用位点的研究进展第2期 199
结构中 8个高度保守的 BRC重复基元 (BRC1~
BRC8)与 DNA同源重组酶 RAD51协同作用，调
控其完成对受损双链 DNA的修复。在这 8个与
RAD51直接作用的 BRC基元中，BRC4表现出较
高的结合活性，但两者相互作用的机理仍不是很清
楚。本文对 BRCA2的 BRC4基元与 RAD51相互作
用位点的研究进行了综述，为进一步了解 BRCA2
与 RAD51相互作用的分子机制打下基础。
1　DNA同源重组酶RAD51
识别和修复 DNA损伤对于维持基因组的完
整性和稳定性是必不可少的。在真核细胞中，定位
和修复不同类型的 DNA损伤各有不同的途径，其
中，同源重组能够精确无误地修复双链 DNA断裂
(DSBs)[4]，而 RAD51是参与同源重组的关键蛋白之
一。RAD51通过催化 DNA受损部位与同源序列配
对之后进行的链交换反应完成对断裂 DNA的修复。
RAD51与大肠杆菌 recA同源，存在于所有的
真核生物体内，其中人类的 RAD51基因位于 15号
染色体上。RAD51蛋白是一种DNA依赖性ATP酶，
由 339个氨基酸残基组成，相对分子质量为 38 ×
103，其结构中包含了两个核苷酸结合区域：Walker
A和Walker B，并由它们共同组成了 ATP酶的活
性位点 (图 1)[5]。在 RAD51蛋白的氨基酸序列中，
96~314位肽段是其功能核心区域，并且在所有真核
生物的 RAD51中都是高度保守的 [6]。其中，F129
和 H294这两个位点对于 RAD51发挥重组酶功能
必不可少 [7]；另外，RAD51氨基酸序列的 85位
~91位以及 190位 ~251位的肽段是与 BRCA2蛋白
相结合的区域 [8]。
2　乳腺癌易感基因BRCA2
乳腺癌易感基因 BRCA2 位于人染色体 13q12-
q13上 [9]，其基因表达产物是一个由 3 418个氨基
酸残基组成，相对分子质量约为 3.90 × 105的核蛋
白 [10]。BRCA2蛋白的结构中包含多个与同源重组
相关的区域，其氨基酸序列的 1003位 ~2085位中
有 8个高度保守的 BRC重复基元 (BRC1~BRC8)[11]，
每个 BRC基元含 35个氨基酸残基，而 BRC重复
基元是 BRCA2与 RAD51的直接结合部位。除
BRC基元外，BRCA2蛋白的 C端由 5部分组成：
α螺旋、3寡核苷酸 /寡糖结合 (OB1、OB2、OB3)区，
以及从 OB2延伸出的“塔”结构 (图 2)[12]。BRCA2
的突变除了可以导致乳腺癌，还与卵巢、胰腺和前
列腺等部位的肿瘤有关 [13] 。
BRC基元在哺乳动物中有较高的同源性，在
其他物种中也有不同程度的保留，如鸡的基因序列
中有 6个 BRC重复基元，果蝇有 3个，线虫有 1
个 [14]，这表明 BRC基元可能有着某些重要的生物
功能。将人的 BRC基元与其他物种的 BRC基元进
行氨基酸序列对比后发现，不同物种的 BRC基元
在某些对应位点出现同种氨基酸残基的频率高达
60%，还有一些位点则能达到 30%以上 [12, 15]，综合
这些位点，得到一组 BRC“共有”的保守序列：----
---F-TASGK-(I/V)-(I/V)S---L-K----(L/F)-(D/E)---，其
中“-”代表了一个氨基酸残基，如图 3中阴影部
分所示。而 BRC4基元几乎包含了全部的“共有”
序列。
3　BRCA2与RAD51的相互作用
3.1　BRCA2重复基元与RAD51的相互作用
从 1994年BRCA2基因在染色体上被定位至今，
BRCA2与 RAD51的作用机理越来越清晰了。当双
链 DNA出现断裂后，断裂 DNA的一端被核酸酶
切除，形成不完整的单链 DNA (ssDNA)“尾巴”。
这些只剩“尾巴”的 ssDNA会立即被修复蛋白 A
(replication protein A, RPA)包裹覆盖， RAD51聚集
到 ssDNA上之后，会取代 RPA并围绕 ssDNA形成
螺旋状的核蛋白丝，然后刺激该 ssDNA入侵同源
的双链 DNA (dsDNA)进行配对和链交换，最终达
到修复受损断裂 DNA的目的 [16-17]。
RAD51本身就有与 dsDNA结合的倾向，但在
人体内，BRCA2调控 RAD51与 ssDNA的结合，很
可能是因为 RAD51与 dsDNA结合之后，无法进行
图1 人的RAD51蛋白的结构示意图[5] 图2 BRCA2蛋白的结构示意图[12]
生命科学 第27卷200
同源 DNA的链交换反应 [4]，而且没有 BRCA2和
一些辅助蛋白的协助，RAD51也不会主动地去取
代 RPA[18]。所以，BRCA2在同源重组修复初期的
主要功能就是调控 RAD51与 ssDNA结合，刺激
RAD51核蛋白丝的形成及与 DNA的链交换反应。
BRCA2与 RAD51相互作用主要是通过其结构
中的 8 个 BRC 基元实现的。根据 BRC 基元与
RAD51结合能力的不同，8个 BRC基元可分为两
类 [19,-20]：BRC1~BRC4，与 RAD51有较强的相互作
用； BRC5~BRC8，与 RAD51相互作用较弱。BRC
基元与 RAD51相互作用的研究表明，BRC1~BRC4
能以近 1:1的比例与 RAD51结合，而 BRC5~BRC8
与 RAD51的结合则非常弱。而在全长的 BRCA2
环境下，8个BRC基元表现出协同地与RAD51作用，
它们与 RAD51的结合能力大约是单一 BRC基元的
1 000倍。在这 8个 BRC基元中，BRC4与 RAD51
的结合能力最强，而 BRC5、BRC6几乎不与 RAD51
发生相互作用 [19]。根据 Carreira和Kowalczykowski [20]
提出的模型 (图 4)，在修复双链 DNA断裂的初期，
BRC1~BRC4抑制游离的 RAD51与 dsDNA的结合，
并诱导 RAD51聚集在 ssDNA上 [4, 20-21]； BRC5~BRC8
则扮演了一个类似“分子伴侣”的角色 [22]，在它们
的监督下，RAD51核蛋白丝稳定的生长，并逐渐
取代 RPA，刺激 DNA链交换，从而最终完成修复
过程。
3.2　BRCA4与RAD51结合的关键位点
BRC4主要通过与 RAD51的核酸结合中心作
用，在 BRCA2与 RAD51的相互作用中起到关键
作用 [18]；而由 BRC4-RAD51复合物的晶体结构得
知 (图 5)，BRC4 (位于 BRCA2的 1517~1551位 )与
RAD51的主要作用区域集中在 BRCA2的 1524~1548
位肽段。其中，1524-FHTASGKKV-1532段形成了
一个 β发夹结构；1536-KESLDKV-1542形成一个
两亲性的 α螺旋结构；1543-KNLFDE-1548则形成
了无规则卷曲。在 BRC4中，8个氨基酸残基，即
F1524、T1526、A1527、G1529、V1532、I1534、
图3 BRCA2中8个BRC重复基元的氨基酸残基序列
图4 BRCA2调控RAD51修复双链DNA断裂的模型[20] 图5 BRC4-RAD51复合物的三维结构[14]
赵东欣，等：BRCA2的BRC4基元与RAD51相互作用位点的研究进展第2期 201
V1542和 F1546，对维持 BRC4与 RAD51的结合
起关键作用。位于 β发夹结构中 F1524的芳香环被
埋 在 由 RAD51 残 基 M158、I160、A190、A192、
L203、A207、M210的侧链形成的疏水口袋中；
1527位 Ala的 β-C位于由 F166、P168、L171、L186
和 V189侧链形成的疏水口袋中；在 BRC4的 C端
无规卷曲结构中，L1545和 F1546形成了一个楔子
状结构嵌在 RAD51的 A4螺旋和 A5螺旋之间，并
被这两个螺旋环绕包围 [23]。Rajendra和Venkitaraman[24]
通过实验证实了 1524-FHTA-1527和 1545-LFDE-
1548这两个模块是 BRC4与 RAD51相互作用必不
可少的。
另外，处于 BRC4 的 N端的 L1521、L1522与
RAD51的 F195和 H199侧链存在疏水作用，但在
其他的 BRC基元中，相应位点的 Leu并不表现疏
水性 [12]；BRC4的 L1522主链羰基还与 H199形成
氢键，H1525通过挤压 K1531和 T1520的侧链形成
一个伪疏水核 (pseudohydrophobic core)，加强了 β
发夹结构的稳定性 [25]；V1532和 I1534与 RAD51
的 M210之间的疏水作用，以及 α螺旋结构中
S1538、L1539、V1542与 RAD51的氢键作用，进
一步加强了 BRC4与 RAD51之间的结合。RAD51
的 E213除了与 BRC4的 S1538之间存在氢键作用
外，还通过一分子水分别与 A1535主链上的 -N-以
及 K1533主链上的羰基形成氢键。而 BRC4的 C
端的 Glu1548侧链的一个 -COOH与 RAD51的 R250
侧链的 -NH2形成盐桥 (离子键 )，可能对整个
BRC4-RAD51复合物的结构起稳定作用 [24]。
BRC4中某些起关键作用的保守位点的突变很
可能会削弱其与 RAD51的结合，如 Cole等 [26]通
过计算模拟 BRC基元与 RAD51的结合行为发现：
BRC4的 T1526A突变体对 BRC4-RAD51相互作用
的竞争性抑制要弱于野生型的 BRC4，这可能是因
为 T1526替换为疏水的 Ala后，无法与 1530位 Lys
主链上的 -NH-形成氢键，从而影响了 β发夹环结
构的稳定 [15]；A1527S突变也对发夹环的稳定有影
响 [24]；位于发夹环的 1529位 Gly突变为侧链结构
较大的 Arg很可能破坏了 β发夹结构，从而削弱了
BRC4与 RAD51的结合，这一突变也是与乳腺癌
相关的常见突变。 Ochiai等 [23] 和 Schlacher 等 [27]
研究发现，保守位点 A1535替换为 Ser时增强了
BRC4与 RAD51的作用，可能是由于 Ser的极性侧
链 -OH生成了额外的氢键所致。
BRC4的一些非保守残基与 RAD51之间的相
互作用也不容忽视，这可能是 BRC4相比于其他
BRC基元对 RAD51有更强亲和力的原因。对于非
保守位点的突变，H1525Y和 L1545F均增强了
BRC4与 RAD51之间的结合，后者可能是因为
RAD51的 A4和 A5螺旋形成的疏水口袋有足够的
空间容纳 Phe残基侧链的苯环，而使两者的结合更
加紧密 [23]。V1532与RAD51的M210存在相互作用，
被替换为 Ile后，不仅与M210作用，还与 Ala190
作用。这可能是由于 Ile的侧链较 Val长 (Ile多一个
亚甲基 )，能接触到更多的氨基酸残基，所以，
V1532I的突变使 BRC4与 RAD51之间的相互作用
增强 [27]。
4　结论
BRC4中，保守位点的氨基酸残基维持着
BRC4的基本骨架结构及基本功能；非保守位点的
氨基酸残基通过与保守位点氨基酸残基侧链间的相
互作用，使 BRC4的二级结构更加稳定。所以，通
过对 BRC4非保守位点氨基酸残基的替换，有可能
得到与 RAD51结合更紧密的类 BRC4肽，为设计
具有特定生理功能的活性肽提供了思路。而 BRC
重复基元在与 RAD51相互作用时的独特作用和协
同作用的作用方式，以及 BRCA2与 RAD51详尽
的相互作用方式仍需要更进一步的研究。
[参　考　文　献]
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