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BRCT(BRCA1 C-terminus)结构域是DNA损伤修复系统重要的信号传导和蛋白靶向结构域。研究显示,BRCT结构域主要以单体或二联体(串联重复)的形式存在。很多BRCT结构域含有磷酸结合口袋,能够结合DNA磷酸末端或磷酸化的蛋白motif,也有一些BRCT结构域以非磷酸化依赖的方式结合蛋白。利用不断增多的BRCT结构域三维结构和功能研究数据,我们探讨了BRCT结构域的功能演化并预测了其新的功能机制。
首先,本研究通过数据库搜索、系统演化分析、磷酸结合口袋的比较对BRCT结构域的功能演化进行了探讨。我们在细菌和真核生物中发现了新的含有BRCT结构域的蛋白,而且每个物种具有的含BRCT结构域的蛋白的数量与其基因组的复杂度成正相关。系统演化分析显示BRCT单体可以分成两类(sGroupⅠ和sGroupⅡ),BRCT二联体也可以分成两类(dGroupⅠ和dGroupⅡ)。这四类BRCT结构域的磷酸结合口袋具有不同的残基组成。在真核生物中,BRCT结构域的演化可以大致分为三个阶段:在第一个阶段,sGroupⅠ蛋白获取了细菌中的含磷酸结合口袋的BRCT结构域,这种BRCT可以结合DNA的磷酸末端;在第二个阶段,sGroupⅡ中的磷酸结合口袋从DNA结合型演化为磷酸化蛋白motif结合型,sGroupⅡBRCT的串联复制产生了二联体BRCT,而之后演化出两类二联体BRCT;第三个阶段演化出的BRCT单体都丢掉了磷酸结合口袋而演化出各自特异的蛋白结合位点,新演化出的dGroupⅠ BRCT明显比sGroupⅡ多。此外,BRCT结构域还可以以三联体作为演化和功能单位,其含有的磷酸结合口袋可以结合磷酸化的蛋白motif。结果还显示,BRCT结构域在真核生物基因组的扩张和功能分化受DNA损伤修复系统演化的影响。
其次,我们对XRCC1 BRCT1,PTIP BRCT4,ECT2 BRCT1和TopBP1 BRCT1结合磷酸化的蛋白配体的机制进行了预测。结构保守性和表面静电势分析显示,四个BRCT的磷酸结合口袋周围都存在结构保守并带正电势的沟槽,很可能是其功能位点,并且类似的沟槽在含磷酸结合口袋的BRCT中普遍存在。沟槽两侧由带正电荷和极性氨基酸残基构成,底部为疏水和极性氨基酸残基,说明沟槽与配体的结合以静电和疏水相互作用为主。沟槽主要位于单个BRCT而且四个BRCT的沟槽在形状和电荷分布上都不同,说明识别特异性主要由一个BRCT决定。与dGroupⅠ只结合磷酸丝氨酸C-端的三个残基不同,四个BRCT的磷酸结合口袋位于沟槽中心说明沟槽可能同时结合含磷酸基的氨基酸残基N-端和C-端的残基。