Инициалы BRCA2 могут быть наиболее известны для гена, связанного со многими случаями рака груди, а белок, кодируемый геном BRCA2, имеет решающее значение для восстановления разрывов в ДНК.

Нарушение этого взаимодействия является отличительной чертой многих видов рака. Теперь ученые U-M определили структуру комплекса из двух белков – BRCA2 вместе с MEILB2 – который позволяет эффективному восстановлению клеток, подвергающихся клеточному расщеплению, называемому мейозом. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Structural and Molecular Biology, имеют большое значение для рака и бесплодия.

Мы знаем, что литература богата примерами мутаций BRCA2 при раке, но наши открытия предполагают, что MEILB2-связывающая область BRCA2 может быть горячей точкой для обнаружения мутаций, связанных с бесплодием ».

Джаякришнан Нандакумар, автор исследования и структурный биолог UM, доцент молекулярной, клеточной биологии и биологии развития

В половых клетках – клетках, дающих начало сперматозоидам или яйцеклеткам – разрывы ДНК происходят в каждой хромосоме до того, как клетки претерпевают мейоз. Разрывы обеспечивают смешение генов для создания генетического разнообразия, а не точных копий родителей. В мейозе каждая половая клетка делится дважды, так что каждая яйцеклетка или сперматозоид имеет только одну копию каждой хромосомы. Затем, когда яйцеклетка встречается со спермой, у эмбриона есть нужное количество пар хромосом.

Прежде чем произойдет первое расщепление, хромосомы в зародышевой клетке плотно спарятся, а затем каждая хромосома в паре разрывается и воссоединяется с частями своего партнера для обмена генами в процессе, называемом кроссовером. Затем все эти разрывы ДНК нужно быстро соединить.

Представьте себе бутерброд, – объясняет Нандакумар. «Булочка» состоит из четырех идентичных копий белка, называемого MEILB2, вверху и внизу, с двумя белками BRCA2 между ними. Белковый сэндвич MEILB2 переносит белок BRCA2 точно в точки разрыва ДНК.

Чтобы определить структуру этого комплекса BRCA2, исследователи использовали рентгеновскую кристаллографию. В этом процессе белковый кристалл бомбардируется рентгеновскими лучами, а рисунки, которые образуются, когда рентгеновские лучи отклоняются от атомов в кристалле, позволяют исследователям выяснить, где находится каждый атом в трехмерной структуре молекулы. Это поможет им выяснить, как белок BRCA2 связан с белком MEILB2.

Первым шагом было выращивание кристаллов комплекса BRCA2. После долгих проб и ошибок Девон Пендлбери, аспирант химической биологии лаборатории Нандакумара, успешно кристаллизовал человеческую форму комплекса BRCA2. К счастью, исследователи UM смогли собрать данные в Аргоннской национальной лаборатории за несколько дней до того, как все исследования были прекращены в марте 2020 года.

На основе данных рентгеновской кристаллографии и дополнительных экспериментов аспиранта MCDB Ритвии Агравал команда определила структуру белкового комплекса и то, как два белка работают вместе. Они сообщают, что это было несколько необычное белковое взаимодействие.

Чтобы подтвердить свои выводы, они создали мутантные версии BRCA2 и MEILB2 на основе их структуры и показали, как эти мутанты не смогли образовать этот комплекс друг с другом.

В ходе дальнейшей проверки структуры комплекса MEILB2-BRCA2 сотрудники из Гетеборгского университета в Швеции представили эквивалентные мутантные версии в клетках мышей, подвергающихся мейозу. Мутант BRCA2 или MEILB2 не смог добраться до разрывов ДНК, которые необходимо было соединить заново.

«Хотя мы знали, что BRCA2 необходим для рекомбинации ДНК в мейозе, мы не знали, как он может эффективно выполнять эту важную работу», – сказал Нандакумар. «Предполагается, что MEILB2, который является частью этого репарационного комплекса, присутствует только в клетках, которые претерпевают мейоз, но MEILB2 также был обнаружен при нескольких раковых заболеваниях. Возможно, MEILB2 очень эффективно «захватывает» BRCA2 в раковых клетках, препятствуя правильной репарации ДНК »

Без других факторов, обычно обнаруживаемых в мейотических клетках, BRCA2 в этих MEILB2-положительных раковых опухолях не мог бы добраться до точек разрыва ДНК. Имея в руках структуру этого комплекса, исследователи теперь могут найти новые подходы к восстановлению функции BRCA2 при MEILB2-положительном раке, предполагает Нандакумар

.