同源重组中BRCA1-PALB2相互作用的结构与功能关系及其受CD147调控的机制研究

Genomic instability is a key hallmark of cancer. Central to a cell’s ability to maintain genomic stability are systems that monitor and repair DNA double strand breaks (DSBs). Breast cancer susceptibility gene 1 (BRCA1) is a crucial gene for maintaining genomic stability in cell, which mediate ‘error-free’ homologous recombination repair for DNA double strand breaks. The interaction of BRCA1 with PALB2 is the key step in assembling the necessary proteins for initialing error-free repair of DNA breaks by homologous recombination. Recent study showed that the PALB2 forms a homodimer mediated by its N terminal coiled-coil domain, which act as a dominant negative protein to inhibit the homologous recombination, but the mechanism still remains unclear. Also, we found the intracellular domain of CD147 binds to BRCA1 causing the down-regulation of homologous recombination. In this project, we aim to use Nuclear Magnetic Resonance (NMR) to solve the homodimer structure of PALB coiled-coil and the hetero-oligomer structure of BRCA1-PALB2, as well as evaluate the interaction between BRCA1 and CD147 intracellular domain, and then clarify the structure-function relationship and role of BRCA1 related complexes in homologous recombination by using cell biology techniques, which is of great interest and pharmaceutical importance for design of clinical treatment.

基因组不稳定是肿瘤发生的重要标志。乳腺癌易感基因BRCA1是细胞维持基因组稳定的关键基因，能够介导同源重组修复DNA双链断裂。同源重组是机体修复DNA损伤最为重要和精确的方式，在此过程中，BRCA1与PALB2 N端结构域的结合是启动同源重组的关键步骤。最近的研究表明，PALB2的N端结构域能够自聚合，并抑制同源重组，其机制尚不明确。此外，在前期研究中我们发现CD147胞内域也能够通过BRCA1抑制同源重组。因此，本研究将解析PALB2 N端结构域同源寡聚体、BRCA1-PALB2异源寡聚体的三维空间结构、研究CD147胞内结构域调节同源重组的机制，揭示这些复合物在同源重组中的结构与功能关系、明确功能靶位；阐明CD147胞内结构域通过BRCA1调节同源重组的分子机制。为靶向BRCA1-PALB2复合物的合理药物提供重要科学依据，并为临床预防和干预乳腺癌发病提供新思路和新靶点。

DNA双链断裂导致的基因组不稳定是多种癌症发病的根源。哺乳细胞内存在包括同源重组（HR）在内的多种机制修复DNA断裂。HR是机体修复DNA损伤最为重要和精确的方式，修复因子PALB2可在DNA双链断裂的位点结合到乳腺癌易感基因BRCA1蛋白，并与BRCA2共同形成大型蛋白复合物，起始断裂双链的修复。在此过程中，PALB2是HR的必须因子，其中BRCA1与PALB2 通过各自的N端结构域的结合是启动同源重组的关键步骤。最近的研究表明，PALB2的N端结构域能够自聚合，并抑制同源重组，因此PALB2在HR修复的起始中的作用机制扔不明确，且存在相互矛盾的研究结果。. 本项目通过核磁共振的方法研究PALB2 N端结构域同源寡聚体、BRCA1-PALB2异源寡聚体的三维空间结构，结合细胞分子生物学方法，揭示HR修复中PALB2-BRCA1相互作用的结构与功能关系及关键位点。. 通过两年的研究，我们解析了PALB2 coiled-coil结构域（PALB2cc）的三维空间结构，并用核磁共振研究了PALB2-BRCA1的相互作用。研究结果表明PALB2与BRCA1可通过各自的coiled-coil结构域形成异源二聚体，而PALb2分子本身也通过自聚合形成反向平行的coiled-coil同源二聚体。基于PALB2三维空间结构设计突变体的结构和功能研究发现，Leu24为维系同源二聚体结构和功能的关键氨基酸残基，但不影响PALB2-BRCA1异源二聚体的形成。这一发现使得后期能够据此进行药物设计，人为仅干预PALB2同源二聚体形成，而不影响BRCA1-PALB2异源二聚体的形成进而促进同源重组修复DNA双链断裂修复，为合理药物设计提供了新靶点。已发表SCI研究论文1篇，另一篇已投出。