RAD51通过修复DNA双链断裂（DSB）在维持基因组完整性方面发挥关键作用。RAD51在核内称为RAD51病灶的重组结构中调节同源配对和链交换（由Park等人总结，2008年）。
在大肠杆菌中，RecA蛋白搜索2个双链DNA分子之间的同源区域，并促进链交换。它还参与DSB的重组修复。在酿酒酵母中，rad51编码的蛋白质是修复有丝分裂或减数分裂中发生的DSB所必需的。通过搜索大肠杆菌RecA的同源基因，Shinohara等人（1993年）从人类、小鼠和裂殖酵母（分裂酵母）中克隆了与rad51同源的基因。人类和小鼠RAD51是相同的339氨基酸蛋白质，与酵母RAD51蛋白质高度同源（83%）。小鼠基因在胸腺、脾脏、睾丸和卵巢中高水平转录，在大脑中低水平转录。
通过用RAD51探针筛选睾丸cDNA文库，Park等人（2008年）克隆了一个缺乏外显子9的RAD51剪接变体，他们称之为RAD51-delta-ex9。推导出的280个氨基酸蛋白与前259个氨基酸的全长RAD51相同，其中包括一个N末端基本基序，然后是Walker A和B ATP结合基序。这两种蛋白质在其C末端出现分歧，但两种C末端都含有被预测起核定位信号作用的基本基序。PCR分析检测到睾丸中全长RAD51高表达，胎盘、胸腺、胰腺和结肠中中度表达，肺、肝脏、骨骼肌、肾脏和卵巢中较弱表达。RAD51-delta-ex9在睾丸中高表达，仅在骨骼肌、胰腺、胸腺和卵巢中表达较弱。人类睾丸的Western blot分析检测到RAD51和RAD51-delta-ex9的表观分子量分别为37和31 kD。在胎盘、肺和小肠中也检测到较低水平的RAD51，而不是RAD51-delta-ex9。荧光标记的RAD51和RAD51-delta-ex9蛋白均定位于转染COS-7细胞的细胞核，核仁除外。
Sage等人（2010年）使用Western blot分析表明，人类细胞系中RAD51的部分细胞质池与线粒体分离。
Park等人（2008）确定RAD51基因包含10个外显子。
Slupaniek等人（2001年）证明，在表达BCR（151410）/ABL（189980）致癌酪氨酸激酶的细胞中，RAD51对顺铂和丝裂霉素C的耐药性很重要。BCR/ABL显著增强了RAD51和几个RAD51 Paralog的表达。RAD51过度表达由STAT5（601511）依赖性转录以及caspase-3（600636）依赖性切割的抑制介导。BCR/ABL对RAD51 tyr315残基的磷酸化似乎对增强DSB修复和耐药性至关重要。
晶体结构
Pellegrini等人（2002）报道了BRC重复序列（BRCA2中进化上保守的序列）和RAD51的RecA同源结构域之间的复合物的1.7倍晶体结构。BRC重复序列模拟RAD51中的一个基序，作为单个RAD51单体之间齐聚的接口，从而使BRCA2能够控制RAD51核蛋白丝的组装，这对于DNA重组期间的绞线配对反应至关重要。RAD51寡聚基序在RecA-like重组酶中高度保守，突出了核蛋白丝形成机制的共同进化起源，反映在BRC重复序列中。Pellegrini等人（2002年）表明，影响BRC重复序列的癌相关突变破坏了其与RAD51的预测交互作用，从而对癌症易感性的机制产生了结构性见解。
Chen等人（2008）解决了大肠杆菌RecA-ssDNA和RecA异源双链丝的晶体结构。他们表明ssDNA和ATP协同结合到RecA-RecA界面，解释了DNA结合的ATP依赖性。ATPγ-磷酸通过RecA-RecA界面被2个赖氨酸残基感应，赖氨酸残留物也刺激ATP水解，为DNA释放提供机制。DNA在整体上被包裹和拉伸，但在局部它采用类似B-DNA的构象，将同源性搜索限制在Watson Crick型碱基配对。互补链主要通过碱基配对相互作用，使得异源双链的形成严格依赖于互补性。未缠绕、拉伸的细丝构象可能进化为使供体双链不稳定，从而释放互补链进行同源性采样。
Shinohara等人（1993年）通过分析体细胞杂交面板将RAD51基因定位到第15号染色体，并通过荧光原位杂交将小鼠基因定位到2F1号染色体。
通过FISH分析，Takahashi等人（1994年）将RAD51基因分配给染色体15q15.1，将小鼠基因分配给2F1。
Solinger等人（2002年）表明，RAD54（603615）蛋白将RAD51从双链DNA（dsDNA）上形成的核蛋白丝中分离出来。添加RAD54蛋白克服了与底物dsDNA结合的RAD51蛋白对DNA链交换的抑制。RAD51分离和DNA链交换分析中的物种偏好强调了特定RAD54-RAD51蛋白质相互作用的重要性。RAD51蛋白在ATP水解时无法释放dsDNA，使其在DNA链交换后粘附在异源双链DNA产物上。作者认为RAD54蛋白参与RAD51-dsDNA细丝的周转。
在酿酒酵母中，Srs2解旋酶负调控重组，后来的实验表明，它逆转了中间重组结构。Veaute等人（2003年）证明，由RAD51在体外介导的DNA链交换被Srs2抑制，Srs2破坏在单链DNA上形成的RAD51细丝。Veaute等人（2003年）的结论是，他们的数据为体内Srs2的抗肿瘤作用提供了解释，并强调了迄今为止未知的重组控制机制。
Krejci等人（2003年）通过纯化其编码产物并检查其与RAD51重组酶的相互作用，阐明了Srs2在重组调控中的作用。Srs2具有强大的ATP酶活性，依赖于单链DNA并与RAD51结合，但在RAD51介导的重组反应中添加催化量的Srs2会严重抑制这些反应。Krejci等人（2003年）表明，Srs2通过从单链DNA中去除RAD51发挥作用。因此，Srs2对重组效率的衰减主要源于其有效分解RAD51突触前纤维的能力。Krejci等人（2003年）认为，他们的发现对Bloom（210900）和Werner（277700）综合征的基础有影响，这两种综合征是由DNA解旋酶突变引起的，其特征是重组频率增加，易患癌症和加速衰老。
Hussain等人（2003年）发现，丝裂霉素C损伤DNA后，FANCG蛋白（602956）与BRCA2（600185）和RAD51共同定位于核病灶。作者得出结论，BRCA2与缺乏链间交联修复的途径直接相关，并且至少1种其他Fanconi贫血蛋白与同源重组DNA修复机制密切相关。
Dong等人（2003年）分离出一种含有BRCA1（113705）、BRCA2、BARD1（610593）和RAD51的全酶复合物，他们称之为含有BRCA1-和BRCA2-的复合物（BRCC）。该复合物显示UBC5（参见UBE2D1；602961）依赖的泛素E3连接酶活性。包含BRE（610497）和BRCC3（300617）增强了复合物的泛素化，BRCA1中的癌相关截断减少了BRE和BRCC三与复合物的关联。HeLa细胞中BRE和BRCC3的RNA干扰增加了细胞对电离辐射的敏感性，并导致G2/M检查点阻滞的缺陷。Dong等人（2003年）得出结论，BRCC是一种泛素E3连接酶，可在DNA损伤后提高细胞存活率。
Yang等人（2005年）表明，全长Brca2同源物（Brh2，来自真菌Ustilago maydis）在相对于Rad51的亚化学计量浓度下刺激Rad51介导的重组。Brh2将Rad51引入DNA并促进灯丝的成核，然后灯丝被游离Rad51池拉长。Brh2优先作用于双链DNA和单链DNA之间的连接处，对切除的双链断裂的3-质点悬置极性具有严格的特异性。Yang等人（2005年）得出结论，他们的研究结果确立了BRCA2在RAD51介导的双链断裂修复中的功能，并解释了BRCA2-相关癌症中这种修复能力的丧失。
Enomoto等人（2006年）证明，人类MND1（611422）和HOP2（608665）在大肠杆菌中的共表达导致形成稳定的异二聚体，刺激DMC1和RAD51介导的DNA链交换。Chi等人（2007年）发现，小鼠重组Hop2-Mnd1复合物的Hop2成分是主要的DNA结合亚单位，Mnd1是Rad51相互作用实体。Hop2-Mnd1稳定了Rad51-singled-DNA（ssDNA）核蛋白丝，增强了Rad51-ssDNA核蛋白丝捕获双链DNA的能力，这是形成对DNA联合形成至关重要的突触复合体的必要步骤。
通过将光学镊子与单分子荧光显微镜和微流体相结合，van Mameren等人（2009）证明，人类RAD51核蛋白丝的分解是由ATP水解和储存在丝中的张力释放之间的相互作用引起的。通过对DNA施加外部张力，他们发现分解速度减慢，甚至可能停滞。作者对RAD51补丁的荧光进行了量化，发现在长时间停顿的间歇中，会发生分解。在一个停滞的复合体放松后，暂停被抑制，导致了一次大爆发。Van Mameren等人（2009年）得出结论，张力依赖性分解仅在张力非依赖性ATP水解后从纤维末端发生。
Tombline和Fishel（2002）使用纯化的重组蛋白表明，与细菌RecA相比，人类RAD51的催化效率降低了50倍，并且缺乏作为RecA标志的ATP诱导的协同作用。研究发现，改变DNA/RAD51的比率并加入刺激DNA链交换的盐，如硫酸铵，可以提高RAD51催化效率。RAD51和RecA在ssDNA和dsDNA诱导其ATP酶活性的能力上存在差异，并且在DNA位点大小上也存在差异。RAD51的最小位点大小为3个核苷酸，但每个RAD51单体6至8个核苷酸的ssDNA激发了最佳的ATP酶效率，而RecA的ssDNA的位点大小为3个核苷酸。
Park等人（2008）表明，RAD51-delta-ex9在体外表现出与全长RAD51大致相同的DNA链交换活性，尽管其在同源DNA修复方面的活性明显高于RAD51。突变分析表明，RAD51和RAD51-delta-ex9的独特C末端独立地指导其在转染COS-7细胞中的核定位。
Sage等人（2010年）使用Western blot分析发现，人类细胞系中RAD51、RAD51C和XRCC3的线粒体水平在氧化应激和弱电离辐射的作用下增加。免疫沉淀分析表明，氧化应激增加了RAD51与线粒体DNA（mtDNA）的相互作用，通过小干扰RNA敲低RAD51，增加了线粒体DNA拷贝数，这显然是由于细胞周期进程受到普遍抑制。氧化应激通常增加线粒体DNA拷贝数；然而，敲除RAD51、RAD51C或XRCC3抑制了这种应激反应，并导致mtDNA拷贝数减少。Sage等人（2010年）得出结论，同源重组途径的蛋白质是维持线粒体基因组所必需的。
Jensen等人（2010年）报告了BRCA2的纯化，并表明它既能结合RAD51，又能通过促进RAD51组装到ssDNA上来增强重组DNA修复。BRCA2通过将RAD51靶向dsDNA上的ssDNA，使RAD51能够从ssDNA中置换复制蛋白-A（RPA；179835），并通过阻断ATP水解来稳定RAD51 ssDNA细丝。BRCA2不使与RPA复合的ssDNA退火，这意味着它在涉及ssDNA退火的修复过程中不直接起作用。Jensen等人（2010年）的发现表明，BRCA2是同源重组的关键介体，并为理解BRCA2突变如何破坏DNA修复过程提供了分子基础。
有关RAD51和执行DNA修复和重组的BRCC蛋白复合物的更多信息，请参阅BRCA2（600185）。
Jirawatnoai等人（2011年）对几种人类肿瘤中的cyclin D1（168461）蛋白伴侣进行了一系列蛋白质组学筛选，发现cyclin D1直接与RAD51结合，并且cyclin D 1-RAD51相互作用是由辐射诱导的。与RAD51一样，细胞周期蛋白D1以BRCA2依赖的方式被招募到DNA损伤位点。人类癌症细胞中cyclin D1水平的降低阻碍了RAD51向受损DNA的募集，阻碍了同源重组介导的DNA修复，并增加了细胞对体内外辐射的敏感性。这种效应见于缺乏视网膜母细胞瘤蛋白（614041）的癌细胞，该蛋白不需要D-cyclins进行增殖。Jirawatnotai等人（2011）得出结论，他们的发现揭示了核心细胞周期蛋白在DNA修复中的一种意想不到的功能，并表明靶向细胞周期蛋白D1可能对视网膜母细胞瘤阴性癌症也有益，这些癌症被认为不受细胞周期蛋白D1抑制的影响。
Long等人（2011年）报告称，爪蟾提取物中DNA双链断裂产生的断裂姐妹染色单体通过RAD51依赖性链侵入再生姐妹染色单体来修复。重组作用于FANCI（611360）-FANCD2（613984）的下游，然而RAD51独立于FANCI和FANC2并在双链断裂形成之前结合链间交联停滞的复制叉。Long等人（2011年）的结论是，他们的研究结果阐明了Fanconi贫血途径与品牌间交联修复期间重组机制之间的功能联系。此外，他们的结果证明了通过体外同源重组可以完全修复双链断裂。
Depienne等人（2012年）发现，在发育中的小鼠皮层中，Rad51基因的表达在胚胎第12天（E12）最高，并且主要在皮层心室增殖区检测到。Dcc基因（120470）也在此时表达，但在预板有丝分裂区的不同位置。在新生小鼠的皮层中，Rad51主要存在于亚板中，少量存在于V层中，而Dcc选择性地位于支配皮层的轴突中。在2日龄小鼠锥体交叉处的皮质脊髓轴突亚群中也检测到Rad51。Rad51的亚细胞位置也随着发育而变化：在E12，它主要在祖细胞的细胞核中检测到，而出生后，它主要定位在细胞体中。结果表明，Rrad51可能具有与不同细胞定位相关的多种功能。
Cloud等人（2012年）利用Rad51的功能分离突变体形式，在酿酒酵母中保留丝状形成而非联合分子（JM）形成活性，表明Rad51的JM活性对于减数分裂重组是完全不必要的。Dmc1（602721）中相应的突变导致了深刻的重组缺陷，表明Dmc1的JM活性单独负责减数分裂重组。Cloud等人（2012）进一步提供了生物化学证据，证明Rad51与Mei5-Sae3一起作为Dmc1辅助因子发挥作用。因此，Rad51是一种多功能蛋白，在有丝分裂过程中直接催化重组，在减数分裂过程中通过Dmc1间接催化重组。
Ceccaldi等人（2015）报告了上皮性卵巢癌中同源重组（HR）活性和聚合酶θ（POLQ；604419）表达之间的负相关。HR产生细胞中POLQ的敲除上调HR活性和RAD51核丝组装，而HR缺乏上皮性卵巢癌中POLQ的敲除则加剧细胞死亡。与这些结果一致，HR基因Fancd2和Polq在小鼠中的基因失活导致胚胎死亡。此外，POLQ含有RAD51结合基序并阻断RAD51介导的重组。Ceccaldi等人（2015年）得出结论，他们的结果揭示了上皮性卵巢癌中同源重组途径和POLQ介导的修复之间的合成致死关系，并将POLQ确定为一个新的药物靶点。
通过检测纯化野生型和突变型BRCA1（113705）-BARD1（601593），Zhao等人（2017）表明，BRCA1和BARD1均结合DNA并与RAD51相互作用，并且BRCA1-BARD1增强了RAD51的重组酶活性。从机制上讲，BRCA1-BARD1促进突触复合体的组装，突触复合体是RAD51介导的DNA关节形成的重要中间体。Zhao等人（2017）提供了证据，证明BRCA1和BARD1对于RAD51刺激是不可或缺的。值得注意的是，RAD51相互作用减弱的BRCA1-BARD1突变体显示DNA联合形成受损，细胞内同源重组和DNA修复的介导受损。
端粒重复序列RNA（TERRA）是一类长非编码RNA（lncRNAs），从染色体末端转录，通过端粒酶调节端粒染色质结构和端粒维持（参见187270）。Feretzaki等人（2020年）表明，人类TERRA的UUAGGG重复序列对于将TERRA靶向染色体末端既是必要的，也是充分的。TERRA通过形成端粒DNA-RNA杂交（R-loop）结构优先与短端粒相关，这种结构可以在反式中形成。端粒关联和R-loop的形成触发了端粒的脆弱性，RAD51及其相互作用的伙伴BRCA2促进了端粒脆弱性，但RNA监测因子RNASEH1（604123）和TRF1（TERF1；600951）抵消了端粒脆性。RAD51与TERRA发生物理相互作用，并在体外催化TERRA形成R-loop，这表明该DNA重组酶直接参与了TERRA通过链入侵的招募。Feretzaki等人（2020年）得出结论，RAD51依赖性途径控制转录后TERRA介导的R-loop的形成，为lncRNAs招募到反式中的新位点提供了机制。
乳腺癌易感性
RAD51是大肠杆菌RecA的同源物，在重组和DNA修复中发挥作用。与家族性乳腺癌相关的BRCA1和BRCA2蛋白与RAD51形成复合物，这些基因被认为参与与同源重组和DSB修复激活相关的常见DNA损伤反应途径。为了研究RAD51基因可能参与遗传性乳腺癌发展的可能性，Kato等人（2000年）对日本遗传性乳癌患者进行了RAD51突变筛查，发现第6外显子有一个单一的改变（179617.0001）。2例双侧乳腺癌患者的生殖系中存在这种情况。
镜像移动2
Depienne等人（2011年）最初报告了一个法国先天性后视镜移动大家族的外显子序列-2（MRMV2；614508），Depiennee等人（2012年）通过该家族的外显子序列测定，在RAD51基因中发现了一个杂合截断突变（179617.0003）。在8名受影响个体和8名未受影响个体中发现突变，表明显著的外显率不完全（50%）。在一个患有该疾病的德国家族中发现了RAD51基因的第二个截短突变（179617.0004）。作者得出结论，单倍体不足是致病机制。将RAD1缺陷与该疾病联系起来的机制尚不清楚：早期皮质酮生成过程中RAD51相关DNA修复不足可能导致过度凋亡和中枢神经系统发育改变；然而，作者指出RAD51可能在轴突导向中起直接或间接作用。
Trouillard等人（2016年）在一个患有MRMV2的挪威家族的8个成员中发现了RAD51基因的杂合R254X突变。该突变是通过RAD51基因的直接测序发现的，与该家族中的疾病分离。四名突变携带者的手有明显的镜面运动，扰乱了日常生活活动，而其他四名突变携带者尽管有轻微的镜面移动，但没有任何投诉。未进行变体的功能研究和患者细胞的研究。
在2名无血缘关系的散发性MRMV2患者（来自家族3和16的女性先证者）中，Meneret等人（2014年）通过直接Sanger测序确定了RAD51基因（H47R和I137F）中的杂合错义变体。这两种变体都是从患者未受影响的母亲那里遗传而来的，其中一种变体（H47R）也存在于未受影响兄弟身上。未进行功能研究和患者细胞研究。这些患者是从6例家族性和20例单纯性先天性后视镜运动患者中确定的，这些患者专门筛查了DCC（120470）和RAD51基因的突变。
Franz等人（2015年）在一个MRMV2家族（a家族）中跨越两代的9名个体中，在RAD51基因中发现了一个杂合错义突变（R250Q；179617.0006）。该变体是通过连锁分析和外显子组测序相结合发现的，与该家族中的疾病分离。未进行RAD51变体的功能研究和患者细胞的研究。一个变种携带者（患者IV.6）没有明显的后视镜运动，但确实表现出加速度计手套检测到的轻微后视镜运动。
范科尼贫血，补体R组
在一名非典型范科尼贫血患者（FANCR；617244）中，Ameziane等人（2015）在RAD51基因（A293T；179617.0005）中发现了一个从头开始的杂合错义突变。通过全基因组测序发现突变，并通过Sanger测序证实。体外功能表达分析和生物化学研究表明，该突变破坏了RAD51与单链和双链DNA的结合，并在与野生型蛋白共表达时以显性负向方式减弱了DNA刺激的RAD51 ATP酶活性。由于DNA修复缺陷，患者细胞对DNA交联剂的敏感性增加，FANCD2（613984）的单泛素化正常，表明核心FA复合物下游存在缺陷。
在一名患有FANCR的女孩中，Wang等人（2015）在RAD51基因中发现了一个新的杂合错义突变（T131P；179617.0007）。通过全基因组测序发现突变。对患者细胞的分析表明，突变等位基因在mRNA和蛋白质水平上表达，尽管蛋白质水平低于野生型。患者细胞对交联剂DEB和MMC的反应显示染色体断裂增加。突变体似乎以显性-负性方式起作用。相反，与对照组相比，患者细胞对电离辐射并不更敏感，这表明同源重组途径是完整的。
挂起确认的关联
Luo等人（2020年）研究了50名患有卵巢早衰的中国女性（参见POF1，311360），她们没有自发性月经，血清FSH升高（参见136530），雌二醇水平低，并且在超声波上没有发现卵巢卵泡。通过全基因组测序，他们确定了一名33岁的女性（患者1），其RAD51基因（E68G）中存在潜在致病性错义突变，而这在200名中国女性对照中未发现。对转染HEK293细胞的分析表明，与野生型EXO1相比，突变株DNA双链断裂的同源重组修复效率降低，并观察到显性负效应的证据。
Tsuzuki等人（1996年）利用胚胎干细胞中的靶向基因突变，在小鼠Rad51基因的一个关键区域引入一个小的缺失，并通过小鼠生殖细胞系传播突变。突变的杂合子小鼠是活的和可繁殖的。作者在148名接受检查的新生儿中未发现Rad51-/-幼崽。然而，在胚胎发育的早期阶段进行检查时，发现了一些Rad51-/-胚胎。在选择性生长条件下未检测到Rad51-/-ES细胞。Tsuzuki等人（1996年）得出结论，Rad51蛋白在细胞增殖中起着重要作用，Rad51-/-胚胎中存在的基本分子缺陷会干扰细胞活力，导致植入前死亡。纯合Rad51缺失突变可被描述为植入前致命突变，破坏细胞的基本分子功能。