Proliferating-Cell-Nuclear-Antigen

Proliferating-Cell-Nuclear-Antigen

Bändermodell des PCNA-Trimer nach PDB 1AXC

Vorhandene Strukturdaten: s. UniProt
Eigenschaften des menschlichen Proteins
Masse/Länge Primärstruktur	261 Aminosäuren
Sekundär- bis Quartärstruktur	Homotrimer
Bezeichner
Gen-Name	PCNA
Externe IDs	OMIM: 176740 UniProt: P12004
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon	Eukaryoten^[1]

Gene Ontology
Übergeordnet
DNA-Replikationsfaktor-C-Komplex
QuickGO

Proliferating-Cell-Nuclear-Antigen (PCNA) ist ein Protein, das während der eukaryotischen DNA-Replikation die DNA als Ring umgibt (so genanntes Ringklemmenprotein). Nur durch PCNA ist es möglich, dass während der S-Phase des Zellzyklus die gesamte DNA mit hoher Geschwindigkeit und ohne größere Unterbrechungen vervielfältigt werden kann.

Genetik

Das PCNA-Gen liegt beim Menschen auf Chromosom 20. Es sind bislang zwei Transkriptionsvarianten bekannt, die das gleiche Protein kodieren.^[2] Der Promotorbereich enthält Bindungsstellen für den Transkriptionsfaktor E2F. Pseudogene dieses Gens wurden auf Chromosom 4 und dem X-Chromosom entdeckt.^[3]

Struktur

PCNA besteht aus 261 Aminosäuren und besitzt ein molekulares Gewicht von ca. 28,7 kDa. Das Protein besteht aus drei identischen Untereinheiten (Homotrimer), die einen Ring bilden und durch insgesamt 12 symmetrisch gelegene α-Helices an doppelsträngige DNA (ds-DNA) binden können.^[2]^[4]

Funktion

Im Rahmen der eukaryotischen DNA-Replikation werden zunächst mit Hilfe der Primase (RNA-Polymerase) kurze RNA-Primer auf den entwundenen Matrizenstrang synthetisiert (De-novo-Synthese). Das dabei gebildete Primer-Matrize Hybrid wird direkt an die assoziierte DNA-Polymerase α weitergereicht, welche den RNA-Primer am 3’-Ende verlängert und die DNA-Synthese startet. Die Primer bestehen somit am 5’-Ende aus 8-10 Ribonucleotiden (RNA) und am 3’-Ende aus ca. 20 Deoxynucleotiden (DNA). Das 3’-Ende des Primers bildet somit einen Abschnitt mit ds-DNA. Dieser Übergang von der ds-DNA am Primer-Ende zur einzelsträngigen DNA (ss-DNA) des Matrizenstrangs wird erkannt vom Replication Factor C (RF-C), welcher die PCNA-Ringklemme aufsetzt. Die replikative DNA-Polymerase δ bindet an PCNA und verlängert den Primer – entweder bis sie auf das nächste Okazaki-Fragment trifft (Folgestrang) oder bis zur nächsten Replikationsblase (Leitstrang). Während der gesamten Elongationsphase bleibt PCNA an die DNA-Polymerase gebunden und verhindert deren Dissoziation vom DNA-Strang. Erst wenn das letzte Deoxynucleotid eingefügt ist, fällt die Polymerase δ ab und kann anderweitig wieder an PCNA binden.^[5]

Im Falle von DNA-Schäden bewirkt der Tumorsuppressor p53 die verstärkte Bildung des CDK-Inhibitors p21. p21 kann unter anderem an die PCNA-Ringklemme binden, was zum sofortigen Stopp der Replikation führt. Dies gibt geschädigten Zellen Zeit für die DNA-Reparatur, wodurch verhindert wird, dass verändertes Erbgut an Tochterzellen weitergegeben wird.^[5]

PCNA bindet auch an die DNA-Polymerase δ, wenn diese für die DNA-Reparatur rekrutiert wird. Dies geschieht vor allem um die Einzelstranglücken, die im Rahmen der Nukleotidexzisionsreparatur (NER) entstehen zu füllen.^[5] In diesem Fall ist PCNA monosumoyliert an Lysin 164, wohingegen es während der Replikation einen Ubiquitin-Baustein an der gleichen Stelle trägt.^[6]

Der Ladungsfaktor RF-C gehört zu den ATPasen der Klasse AAA+.^[5]

Evolution

PCNA ist funktionell analog zur beta-clamp bei Bakterien. Die beta-clamp bindet ebenfalls mit 12 symmetrisch gelegenen α-Helices an die DNA, ist jedoch - anders als PCNA - ein Homodimer. Dieser Homodimer besteht aus zwei Molekülen der β-Untereinheit von DNA-Polymerase III. Die beta-clamp wird vom sogenannten γ-Komplex auf die DNA geladen. Der γ-Komplex mit seinen fünf Untereinheiten kann als Analogon zu RF-C bei den Eukaryoten angesehen werden.^[5]

Einzelnachweise

↑ Orthologe bei OMA
↑ ^2,0 ^2,1 http://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=pcna
↑ Egelkrout EM, Mariconti L, Settlage SB, Cella R, Robertson D, Hanley-Bowdoin L (2002). "Two E2F elements regulate the proliferating cell nuclear antigen promoter differently during leaf development". Plant Cell 14 (12): 3225–36. doi:10.1105/tpc.006403. PMID 12468739.
↑ H. Lodish et al.: Molecular Cell Biology, sixth Edition, W.H. Freeman and Company, New York 2008
↑ ^5,0 ^5,1 ^5,2 ^5,3 ^5,4 Rolf Knippers: Molekulare Genetik, 9. komplett überarbeitete Auflage, Thieme Verlag 2006, ISBN 3-13-477009-1
↑ Hoege C, Pfander B, Moldovan GL, Pyrowolakis G, Jentsch S: RAD6-dependent DNA repair is linked to modification of PCNA by ubiquitin and SUMO. In: Nature. 419. Jahrgang, Nr. 6903, September 2002, S. 135–41, doi:10.1038/nature00991, PMID 12226657.

Weblinks

reactome: Loading of PCNA - Sliding Clamp Formation
reactome: Interaction between FEN1 and PCNA
Blackburn/Seidel/reactome: Formation of Processive Complex on the C-strand of the telomere
Blackburn/Seidel/reactome: Disassociation of Processive Complex and Completed Telomere End

[1] Orthologe bei OMA

[genecard-2] 2,0 ^2,1 http://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=pcna

[3] Egelkrout EM, Mariconti L, Settlage SB, Cella R, Robertson D, Hanley-Bowdoin L (2002). "Two E2F elements regulate the proliferating cell nuclear antigen promoter differently during leaf development". Plant Cell 14 (12): 3225–36. doi:10.1105/tpc.006403. PMID 12468739.

[4] H. Lodish et al.: Molecular Cell Biology, sixth Edition, W.H. Freeman and Company, New York 2008

[Knippers-5] 5,0 ^5,1 ^5,2 ^5,3 ^5,4 Rolf Knippers: Molekulare Genetik, 9. komplett überarbeitete Auflage, Thieme Verlag 2006, ISBN 3-13-477009-1

[6] Hoege C, Pfander B, Moldovan GL, Pyrowolakis G, Jentsch S: RAD6-dependent DNA repair is linked to modification of PCNA by ubiquitin and SUMO. In: Nature. 419. Jahrgang, Nr. 6903, September 2002, S. 135–41, doi:10.1038/nature00991, PMID 12226657.

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