植物增殖細(xì)胞核抗原的結(jié)構(gòu)與功能

紀(jì)雨欣 寧津縣第一中學(xué)

1 引言

增殖細(xì)胞核抗原的英文簡稱是PCNA，最早由國外科學(xué)家發(fā)現(xiàn)于血清中，在之后的研究過程，增殖細(xì)胞核抗原又分別被發(fā)現(xiàn)于酵母以及哺乳動物中，增殖細(xì)胞核抗原的特殊結(jié)構(gòu)和功能使得它在DNA的表達(dá)以及細(xì)胞生存周期過程中具有重要作用，對人類研究基因的特性具有不可估量的意義。

2 增殖細(xì)胞核抗原的結(jié)構(gòu)

截至現(xiàn)在，人類已在水稻、大豆、煙草等植物中發(fā)現(xiàn)了增殖細(xì)胞核抗原。大豆、水稻、豌豆等植物的增殖細(xì)胞核抗原至少有一個，而玉米、煙草等的增殖細(xì)胞核抗原則至少有兩個。作為模式植物的南芥基因組至少編碼兩個增殖細(xì)胞核抗原，這兩個增殖細(xì)胞核抗原氨基酸序列及其相似，每一個增殖細(xì)胞核抗原均有兩個亞基構(gòu)成，兩個增殖細(xì)胞核抗原可以相互結(jié)合成四種同源、異源三聚體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，通過這樣的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，增殖細(xì)胞核抗原是通過多個亞基頭構(gòu)成的三聚體環(huán)，同時這樣的結(jié)構(gòu)說明，保守性是增殖細(xì)胞核抗原在物種之間的一個特點(diǎn)。[1]

3 增殖細(xì)胞核抗原的表達(dá)調(diào)控

增殖細(xì)胞核抗原在不同的植物組織中表達(dá)也不盡相同，在細(xì)胞增殖旺盛的機(jī)體中表達(dá)的水平更高，而在非分化的細(xì)胞中表達(dá)的水平相對較低。如水稻的根尖中，增殖細(xì)胞核抗原表達(dá)水平非常高；而在水稻相對成熟的葉中，增殖細(xì)胞核抗原表達(dá)的水平就相對較低。

通過分析玉米增殖細(xì)胞核抗原啟動子區(qū)可以發(fā)現(xiàn)：在啟動子上存在兩個蛋白結(jié)合位點(diǎn)，這兩個蛋白結(jié)合位點(diǎn)通過一種特異結(jié)合來調(diào)節(jié)增殖細(xì)胞核抗原的表達(dá)水平。增殖細(xì)胞核抗原同時也會受到E2F的影響，通過實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，E2F與增殖細(xì)胞核抗原在啟動子區(qū)兩個不同位點(diǎn)上的相互作用來調(diào)節(jié)增殖細(xì)胞核抗原的表達(dá)水平。除此之外，國外科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時表明，增殖細(xì)胞核抗原的表達(dá)水平也同樣會受到細(xì)胞生存周期的影響。

通過對酵母和哺乳動物的增殖細(xì)胞核抗原研究我們發(fā)現(xiàn)，增殖細(xì)胞核抗原泛素化的修飾作用能夠在一定程度上調(diào)節(jié)增殖細(xì)胞核抗原蛋白的功能；增殖細(xì)胞核抗原單泛素化在修復(fù)破損的旁路時可以通過促進(jìn)跨損傷DNA的合成來收集DNA的聚合酶；而增殖細(xì)胞核抗原多泛素化的作用則是對尚未受損的單體起到一種保護(hù)作用。

4 增殖細(xì)胞核抗原的功能

4.1 增殖細(xì)胞核抗原參與DNA復(fù)制

DNA復(fù)制開始之后，各種有關(guān)的蛋白質(zhì)在復(fù)制起始位點(diǎn)上進(jìn)行結(jié)合，并由解旋酶將雙鏈DNA分解成為單鏈，起始兩端合成RNA引物。著名的人體外同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)就證明了增殖細(xì)胞核抗原在DNA的復(fù)制過程中發(fā)揮著巨大的作用。在酵母增殖細(xì)胞核抗原后隨鏈的合成過程中也發(fā)現(xiàn)后增殖細(xì)胞核抗原可以增強(qiáng)Fenl的活性。因此，當(dāng)前的生物學(xué)界普遍認(rèn)為，在DNA復(fù)制過程中，增殖細(xì)胞核抗原可以穩(wěn)定與復(fù)制相關(guān)的蛋白質(zhì)。

真核生物的跨損傷DNA合成過程是通過合成酶類來完成的，增殖細(xì)胞核抗原在這一過程中可以與多種聚合酶結(jié)合，通過酶活性測定等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)增殖細(xì)胞核抗原三聚體的穩(wěn)定性下降時，會影響增殖細(xì)胞核抗原與聚合酶類的結(jié)合反應(yīng)速率，從而影響增強(qiáng)損傷旁路的酶的活性。[2]

4.2 增殖細(xì)胞核抗原參與DNA修復(fù)

由于DNA分子會受到外界的各種影響，所以很容易出現(xiàn)斷裂或者錯配的現(xiàn)象，假如不能及時而又正確的進(jìn)行修復(fù)，就會影響細(xì)胞的正常發(fā)育。當(dāng)前看來，修復(fù)的主要辦法無非有兩種，一個是錯配，另一個是切除。

第一，切除修復(fù)。切除修復(fù)也存在兩種不同的方式，一個辦法是把堿基切除另一個辦法則是把核苷酸切除。單個堿基錯誤時以堿基的切除方式進(jìn)行修復(fù)，但是如果DNA的損傷比較嚴(yán)重的話，就需要用核苷酸的切除方式進(jìn)行修復(fù)，這兩種切除方式的識別機(jī)制有所區(qū)別，堿基的切除需要由糖基化酶形成堿基位點(diǎn)，而核苷酸的切除則是通過增殖細(xì)胞核抗原與pol81a等物質(zhì)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)修復(fù)。

第二，錯配修復(fù)。錯配修復(fù)比切除修復(fù)復(fù)雜很多，在這一過程中，需要增殖細(xì)胞核抗原與多種蛋白相互作用才能實(shí)現(xiàn)。通過酵母增殖細(xì)胞核抗原的分析不難發(fā)現(xiàn)，增殖細(xì)胞核抗原可以與MSH3等蛋白發(fā)生作用，從而能夠使得錯配點(diǎn)的結(jié)合能力大大加強(qiáng)；通過放射性標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證明，增殖細(xì)胞核抗原可以與MSH2-MSH6結(jié)合進(jìn)而促進(jìn)其與DNA鏈的結(jié)合，并借助植物自身的能量，將其轉(zhuǎn)移到錯配堿基位點(diǎn)。[3]

4.3 增殖細(xì)胞核抗原參與細(xì)胞周期

任何細(xì)胞都會經(jīng)歷增殖、分化、衰老和死亡的生命周期，根據(jù)相關(guān)研究表明，增殖細(xì)胞核抗原作為一種蛋白，在細(xì)胞的不同周期含量也不相同，并且差距明顯。增殖細(xì)胞核抗原通過與多種周期蛋白的結(jié)合參與到細(xì)胞周期調(diào)控中去，也可以通過抑制酶的活性來控制細(xì)胞周期，比如在動物細(xì)胞中，增殖細(xì)胞核抗原可以作為一種連接物來促進(jìn)相關(guān)酶的磷酸化；在植物細(xì)胞中對此類基因的研究比較少，但是植物的增殖細(xì)胞核抗原能夠與人類的某些蛋白相結(jié)合并發(fā)生作用。

5 結(jié)語

對增殖細(xì)胞核抗原的研究已經(jīng)走過了幾十個年頭，到今天也已經(jīng)取得了不少的成果，但依然存在許多問題等著我們?nèi)ソ鉀Q。增殖細(xì)胞核抗原無論是在植物領(lǐng)域還是在動物領(lǐng)域，對人類研究基因的變異以及基因的表達(dá)都具有重要的意義，對增殖細(xì)胞核抗原的研究是一個永恒的課題，我們堅(jiān)信，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對植物基因世界的探索會更加深入，也會進(jìn)一步揭示植物增殖細(xì)胞核抗原在其他方面的功能。

[1]秦周帥，張傳林，蕭偉.受PCNA翻譯后修飾調(diào)控的DNA損傷耐受機(jī)制硼[J].生命科學(xué)，2014（04）

[2]陳紅，劉友平.川牛膝多糖抗腫瘤作用初探[J].成都中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（05）

[3]趙斌，葛金芳，朱娟娟等小議在MTT法測細(xì)胞增殖抑制率中IC50的計(jì)算方法[J].安徽醫(yī)藥，2007（09）