用冷冻电子显微镜推进乳腺癌、卵巢癌的研究

利用先进的成像技术，梅奥诊所的科学家们对BRCA1-BARD1蛋白复合物有了前所未有的了解，这种蛋白质复合物经常在乳腺癌或卵巢癌患者身上发生突变。他们的论文发表在自然，确定了BRCA1-BARD1功能的各个方面，支持未来的转化研究、癌症预防工作和药物开发。

BRCA1-BARD1对DNA修复很重要。它与癌症有直接关系，因为在癌症患者身上已经发现了数百种BRCA1和BARD1基因突变，”梅奥诊所结构生物学家和生物化学家、论文的主要作者乔治·梅尔博士说。“但没有人知道这些突变或意义未知的变异是否易患癌症，因为我们不知道这些变异是否位于BRCA1-BARD1中对功能至关重要的区域。现在，因为我们可以看到BRCA1-BARD1是如何工作的，所以我们很清楚BRCA1-BARD1的哪些区域对功能至关重要。”

在细胞中，DNA和组蛋白的复合物被合成为染色质，并被包装成称为核小体的束。DNA损伤反应蛋白需要接触染色质来修复受损的DNA。BRCA1-BARD1有助于修复断裂的DNA链，这有助于细胞的维持和生存。但如果这是癌细胞在化疗中生存下来的一种策略，那么这种功能也可能被阻断或灭活。

冷冻电子显微镜和核磁共振波谱

“我们使用了两种技术低温电子显微镜以及核磁共振波谱——以近原子分辨率了解BRCA1-BARD1如何与核小体(染色质的重复单位)相关联，以及BRCA1-BARD1如何修饰染色质，”Mer博士解释道。

在低温-电子显微镜在美国，纯化的BRCA1-BARD1结合到核小体上，一起被称为大分子，被快速冷冻，然后使用电子显微镜成像。大分子在样品中以各种方式定向，因此计算机程序评估所有定向数据以创建3D结构。Mer博士和他的团队还用核磁共振波谱学该技术使用强力磁铁探测大分子中原子的相对位置。利用这些成像工具，科学家们可以看到BRCA1-BARD1的活动，并发现该复合物的新功能。

“我们展示了BRCA1-BARD1如何将泛素连接到核小体上，但我们也确定BRCA1-BARD1识别已经连接到核小体上的泛素，这是DNA断裂的信号，”Mer博士说。“我们发现了一种意想不到的串音，通过这种串音，BRCA1-BARD1的泛素识别增强了其泛素附着活性，这有助于我们更好地理解BRCA1-BARD1是如何发挥其功能的。”

研究人员根据冷冻电子显微镜数据制作了一段视频，以显示蛋白质复合物与核小体相互作用的位置。

从科学发现到病人护理

Mer博士和他的团队希望BRCA1-BARD1的高分辨率图像可以在两种方式上帮助指导患者的护理和未来的癌症治疗:对意义未知的变异进行分类，并更准确地指导药物开发。

“有了这些3D结构，我们应该能够将一些意义未知的变异转化为可能的癌症易感性变异，”Mer博士说。“从长远来看，这项工作也有望对药物开发产生影响，因为我们生成的BRCA1-BARD1与核小体复合物的3D结构可能有助于设计小分子，例如，使BRCA1-BARD1失活。”

除了Mer博士，该论文的其他作者是胡琦博士;Maria Victoria Botuyan博士;赵德彪博士;崔高峰博士;和Elie Mer。这项研究由美国国立卫生研究院、梅奥诊所癌症中心、梅奥诊所生物医学发现中心和卵巢癌研究联盟资助，分别通过太平洋西北冷冻电镜中心和梅奥诊所的冷冻电子显微镜和核磁共振仪器实现。

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