酿酒酵母的SHU复合物结构及功能研究

酿酒酵母中，SHU复合物发挥着重要作用：在同源重组过程中，它可以促进Rad51与ssDNA的结合，帮助形成稳定的重组中间物，提高重组的整体效率；在复制后修复（PRR）中，它可以引导受阻的复制叉向基于同源重组的DNA合成方向前进，确保无错修复的顺利完成。SHU复合物由四个蛋白（Shu1，Shu2，Psy3和Csm2）组成，突变实验及酵母双杂交实验表明它们必须以复合物的形式行使功能，缺一不可。目前对该复合物的研究仅仅局限在细胞水平，对于三维结构、各组分间相互作用方式、复合物与Rad51等相关蛋白的互作机制等都还不清楚。本课题将以酿酒酵母的SHU复合物作为研究对象，通过X射线晶体学方法解析其三维结构，阐明各组分间相互作用及必须以整体行使功能的原因，并进一步研究它与Rad51的相互作用，为了解该复合物在同源重组中行使功能的分子机制提供坚实的基础。

本项目选取酿酒酵母中隶属于Rad51蛋白同源家族的由Psy3，Csm2，Shu1 和Shu2 四个蛋白组成的SHU四元复合物（SHU-4）为研究对象，综合运用多种方法对其开展研究。首先，利用分子生物学技术克隆了四个蛋白的基因并研究了四个蛋白在溶液中的相互作用关系，成功纯化了SHU-4 多个亚复合物和整体复合物，并进行了结晶筛选，不但得到了SHU-4整体蛋白的晶体，而且最终成功地利用X 射线晶体学解析了Psy3-Csm2 亚复合物的1.8Å 的高分辨结构，经过结构比对分析，发现它们与Rad51 家族蛋白的特征结构域有很大的相似性。利用同步辐射小角散射技术对Shu1-Shu2 亚复合物以及SHU-4 的整体溶液构象做了研究，并结合Psy3-Csm2 的晶体学结构使我们对这个复合物的结构信息有了更深入的了解。对SHU-4及其亚复合物的DNA 结合功能和ATP 水解活性做了测试，发现SHU-4更偏好结合双链DNA（dsDNA），并且发现该复合物有依赖于DNA 的ATP 水解活性，进一步研究发现，SHU-4的ATP水解活性主要来自于Psy3-Csm2 亚复合物。最后，我们综合同步辐射晶体学和小角散射方法，结合生化实验结果，勾画出了SHU-4结合dsDNA 的整体模型，并结合已知的资料对其行使功能的具体机理做出了合理性推测。