植物增殖细胞核抗原的结构与功能

纪雨欣 宁津县第一中学

1 引言

增殖细胞核抗原的英文简称是PCNA，最早由国外科学家发现于血清中，在之后的研究过程，增殖细胞核抗原又分别被发现于酵母以及哺乳动物中，增殖细胞核抗原的特殊结构和功能使得它在DNA的表达以及细胞生存周期过程中具有重要作用，对人类研究基因的特性具有不可估量的意义。

2 增殖细胞核抗原的结构

截至现在，人类已在水稻、大豆、烟草等植物中发现了增殖细胞核抗原。大豆、水稻、豌豆等植物的增殖细胞核抗原至少有一个，而玉米、烟草等的增殖细胞核抗原则至少有两个。作为模式植物的南芥基因组至少编码两个增殖细胞核抗原，这两个增殖细胞核抗原氨基酸序列及其相似，每一个增殖细胞核抗原均有两个亚基构成，两个增殖细胞核抗原可以相互结合成四种同源、异源三聚体环状结构，通过这样的结构可以发现，增殖细胞核抗原是通过多个亚基头构成的三聚体环，同时这样的结构说明，保守性是增殖细胞核抗原在物种之间的一个特点。[1]

3 增殖细胞核抗原的表达调控

增殖细胞核抗原在不同的植物组织中表达也不尽相同，在细胞增殖旺盛的机体中表达的水平更高，而在非分化的细胞中表达的水平相对较低。如水稻的根尖中，增殖细胞核抗原表达水平非常高；而在水稻相对成熟的叶中，增殖细胞核抗原表达的水平就相对较低。

通过分析玉米增殖细胞核抗原启动子区可以发现：在启动子上存在两个蛋白结合位点，这两个蛋白结合位点通过一种特异结合来调节增殖细胞核抗原的表达水平。增殖细胞核抗原同时也会受到E2F的影响，通过实验我们可以发现，E2F与增殖细胞核抗原在启动子区两个不同位点上的相互作用来调节增殖细胞核抗原的表达水平。除此之外，国外科学家的实验结果同时表明，增殖细胞核抗原的表达水平也同样会受到细胞生存周期的影响。

通过对酵母和哺乳动物的增殖细胞核抗原研究我们发现，增殖细胞核抗原泛素化的修饰作用能够在一定程度上调节增殖细胞核抗原蛋白的功能；增殖细胞核抗原单泛素化在修复破损的旁路时可以通过促进跨损伤DNA的合成来收集DNA的聚合酶；而增殖细胞核抗原多泛素化的作用则是对尚未受损的单体起到一种保护作用。

4 增殖细胞核抗原的功能

4.1 增殖细胞核抗原参与DNA复制

DNA复制开始之后，各种有关的蛋白质在复制起始位点上进行结合，并由解旋酶将双链DNA分解成为单链，起始两端合成RNA引物。著名的人体外同位素标记实验就证明了增殖细胞核抗原在DNA的复制过程中发挥着巨大的作用。在酵母增殖细胞核抗原后随链的合成过程中也发现后增殖细胞核抗原可以增强Fenl的活性。因此，当前的生物学界普遍认为，在DNA复制过程中，增殖细胞核抗原可以稳定与复制相关的蛋白质。

真核生物的跨损伤DNA合成过程是通过合成酶类来完成的，增殖细胞核抗原在这一过程中可以与多种聚合酶结合，通过酶活性测定等实验数据表明：当增殖细胞核抗原三聚体的稳定性下降时，会影响增殖细胞核抗原与聚合酶类的结合反应速率，从而影响增强损伤旁路的酶的活性。[2]

4.2 增殖细胞核抗原参与DNA修复

由于DNA分子会受到外界的各种影响，所以很容易出现断裂或者错配的现象，假如不能及时而又正确的进行修复，就会影响细胞的正常发育。当前看来，修复的主要办法无非有两种，一个是错配，另一个是切除。

第一，切除修复。切除修复也存在两种不同的方式，一个办法是把碱基切除另一个办法则是把核苷酸切除。单个碱基错误时以碱基的切除方式进行修复，但是如果DNA的损伤比较严重的话，就需要用核苷酸的切除方式进行修复，这两种切除方式的识别机制有所区别，碱基的切除需要由糖基化酶形成碱基位点，而核苷酸的切除则是通过增殖细胞核抗原与pol81a等物质的结合实现修复。

第二，错配修复。错配修复比切除修复复杂很多，在这一过程中，需要增殖细胞核抗原与多种蛋白相互作用才能实现。通过酵母增殖细胞核抗原的分析不难发现，增殖细胞核抗原可以与MSH3等蛋白发生作用，从而能够使得错配点的结合能力大大加强；通过放射性标记实验证明，增殖细胞核抗原可以与MSH2-MSH6结合进而促进其与DNA链的结合，并借助植物自身的能量，将其转移到错配碱基位点。[3]

4.3 增殖细胞核抗原参与细胞周期

任何细胞都会经历增殖、分化、衰老和死亡的生命周期，根据相关研究表明，增殖细胞核抗原作为一种蛋白，在细胞的不同周期含量也不相同，并且差距明显。增殖细胞核抗原通过与多种周期蛋白的结合参与到细胞周期调控中去，也可以通过抑制酶的活性来控制细胞周期，比如在动物细胞中，增殖细胞核抗原可以作为一种连接物来促进相关酶的磷酸化；在植物细胞中对此类基因的研究比较少，但是植物的增殖细胞核抗原能够与人类的某些蛋白相结合并发生作用。

5 结语

对增殖细胞核抗原的研究已经走过了几十个年头，到今天也已经取得了不少的成果，但依然存在许多问题等着我们去解决。增殖细胞核抗原无论是在植物领域还是在动物领域，对人类研究基因的变异以及基因的表达都具有重要的意义，对增殖细胞核抗原的研究是一个永恒的课题，我们坚信，随着科学技术的进步，人们对植物基因世界的探索会更加深入，也会进一步揭示植物增殖细胞核抗原在其他方面的功能。

[1]秦周帅，张传林，萧伟.受PCNA翻译后修饰调控的DNA损伤耐受机制硼[J].生命科学，2014（04）

[2]陈红，刘友平.川牛膝多糖抗肿瘤作用初探[J].成都中医药大学学报，2011（05）

[3]赵斌，葛金芳，朱娟娟等小议在MTT法测细胞增殖抑制率中IC50的计算方法[J].安徽医药，2007（09）