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Proliferating Cell Nuclear Antigen PCNA ist ein Protein das während der eukaryotischen DNA Replikation die DNA als Ring

Proliferating-Cell-Nuclear-Antigen

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.

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
Vorkommen
Homologie-Familie Hovergen
Übergeordnetes Taxon Eukaryoten

Übergeordnet
DNA-Replikationsfaktor-C-Komplex
Gene Ontology
QuickGO

Genetik Bearbeiten

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

Struktur Bearbeiten

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.

Funktion Bearbeiten

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 vom Replication Factor C (RF-C) erkannt, welcher die PCNA-Ringklemme aufsetzt. Die replikativen DNA-Polymerasen δ (am Folgestrang) und ε (am Leitstrang) binden an PCNA und verlängern den Primer – entweder bis sie auf das nächste Okazaki-Fragment treffen (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 Desoxynucleotid eingefügt ist, fällt die Polymerase ab und kann anderweitig wieder an PCNA binden.

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.

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. In diesem Fall ist PCNA an Lysin 164 monosumoyliert, wohingegen es während der Replikation einen Ubiquitin-Baustein an der gleichen Stelle trägt.

Der Ladungsfaktor RF-C gehört zu den ATPasen der Klasse AAA+.

Evolution Bearbeiten

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. Dieses 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.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Orthologe bei OMA
  2. ↑ GeneCards: 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
  5. Joachim Rassow, Karin Hauser, Roland Netzker, Rainer Deutzmann: "Duale Reihe: Biochemie" S. 428, 3. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, Thieme Verlag 2012, ISBN 978-3-13-125353-8
  6. ↑ Rolf Knippers: Molekulare Genetik, 9. komplett überarbeitete Auflage, Thieme Verlag 2006, ISBN 3-13-477009-1
  7. 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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Veröffentlichungsdatum:
Proliferating Cell Nuclear Antigen PCNA ist ein Protein das wahrend der eukaryotischen DNA Replikation die DNA als Ring umgibt so genanntes Ringklemmenprotein Nur durch PCNA ist es moglich dass wahrend der S Phase des Zellzyklus die gesamte DNA mit hoher Geschwindigkeit und ohne grossere Unterbrechungen vervielfaltigt werden kann Proliferating Cell Nuclear AntigenBandermodell des PCNA Trimer nach PDB 1AXCVorhandene Strukturdaten s UniProtEigenschaften des menschlichen ProteinsMasse Lange Primarstruktur 261 AminosaurenSekundar bis Quartarstruktur HomotrimerBezeichnerGen Name PCNAExterne IDs OMIM 176740 UniProt P12004VorkommenHomologie Familie HovergenUbergeordnetes Taxon Eukaryoten 1 UbergeordnetDNA Replikationsfaktor C KomplexGene OntologyQuickGO Inhaltsverzeichnis 1 Genetik 2 Struktur 3 Funktion 4 Evolution 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseGenetik BearbeitenDas PCNA Gen liegt beim Menschen auf Chromosom 20 Es sind bislang zwei Transkriptionsvarianten bekannt die das gleiche Protein kodieren 2 Der Promotorbereich enthalt Bindungsstellen fur den Transkriptionsfaktor E2F Pseudogene dieses Gens wurden auf Chromosom 4 und dem X Chromosom entdeckt 3 Struktur BearbeitenPCNA besteht aus 261 Aminosauren 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 a Helices an doppelstrangige DNA ds DNA binden konnen 2 4 Funktion BearbeitenIm Rahmen der eukaryotischen DNA Replikation werden zunachst 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 a weitergereicht welche den RNA Primer am 3 Ende verlangert 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 Ubergang von der ds DNA am Primer Ende zur einzelstrangigen DNA ss DNA des Matrizenstrangs wird vom Replication Factor C RF C erkannt welcher die PCNA Ringklemme aufsetzt Die replikativen DNA Polymerasen d am Folgestrang und e am Leitstrang binden an PCNA und verlangern den Primer entweder bis sie auf das nachste Okazaki Fragment treffen Folgestrang oder bis zur nachsten Replikationsblase Leitstrang 5 Wahrend der gesamten Elongationsphase bleibt PCNA an die DNA Polymerase gebunden und verhindert deren Dissoziation vom DNA Strang Erst wenn das letzte Desoxynucleotid eingefugt ist fallt die Polymerase ab und kann anderweitig wieder an PCNA binden 6 Im Falle von DNA Schaden bewirkt der Tumorsuppressor p53 die verstarkte Bildung des CDK Inhibitors p21 p21 kann unter anderem an die PCNA Ringklemme binden was zum sofortigen Stopp der Replikation fuhrt Dies gibt geschadigten Zellen Zeit fur die DNA Reparatur wodurch verhindert wird dass verandertes Erbgut an Tochterzellen weitergegeben wird 6 PCNA bindet auch an die DNA Polymerase d wenn diese fur die DNA Reparatur rekrutiert wird Dies geschieht vor allem um die Einzelstranglucken die im Rahmen der Nukleotidexzisionsreparatur NER entstehen zu fullen 6 In diesem Fall ist PCNA an Lysin 164 monosumoyliert wohingegen es wahrend der Replikation einen Ubiquitin Baustein an der gleichen Stelle tragt 7 Der Ladungsfaktor RF C gehort zu den ATPasen der Klasse AAA 6 Evolution BearbeitenPCNA ist funktionell analog zur beta clamp bei Bakterien Die beta clamp bindet ebenfalls mit 12 symmetrisch gelegenen a Helices an die DNA ist jedoch anders als PCNA ein Homodimer Dieses Homodimer besteht aus zwei Molekulen der b Untereinheit von DNA Polymerase III Die beta clamp wird vom sogenannten g Komplex auf die DNA geladen Der g Komplex mit seinen funf Untereinheiten kann als Analogon zu RF C bei den Eukaryoten angesehen werden 6 Weblinks Bearbeitenreactome 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 EndEinzelnachweise Bearbeiten Orthologe bei OMA a b GeneCards 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 Joachim Rassow Karin Hauser Roland Netzker Rainer Deutzmann Duale Reihe Biochemie S 428 3 vollstandig uberarbeitete und erweiterte Auflage Thieme Verlag 2012 ISBN 978 3 13 125353 8 a b c d e Rolf Knippers Molekulare Genetik 9 komplett uberarbeitete 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 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Proliferating Cell Nuclear Antigen amp oldid 214200931