Proliferating-Cell-Nuclear-Antigen

Synonyme: ATLD2, DNA Polymerase Delta Auxiliary Protein

Definition

Das Proliferating-Cell-Nuclear-Antigen, kurz PCNA, ist ein wichtiger Cofaktor der DNA-Synthese während der Replikation. Durch seine Ringklemmenstruktur verhindert es die Dissoziation der DNA-Polymerase von der DNA und erhöht dadurch deren Prozessivität.

Genetik

Der genetische Code für PCNA befindet sich auf Chromosom 20 an Genlokus p12.3. PCNA besteht aus 7 Exons.^[1]

Struktur

PCNA ist aus drei identischen Untereinheiten aufgebaut (Homotrimer), die "Head-to-Tail" aneinander binden und einen Ring bilden. Eine einzelne Untereinheit besteht aus zwei Domänen mit fast identischer Struktur, die durch einen Loop (Interdomain Connecting Loop) verbunden sind. Die dadurch entstehende Symmetrie wird auch als Pseudo-sechsfache Rotationssymmetrie (Englisch: "Pseudo-six-fold") bezeichnet.

Das Innere des Ringes besteht aus 12 α-Helices, die durch ihre positive Ladung mit der DNA interagieren können. Die Vorderseite von PCNA, welche in Richtung der DNA-Synthese ausgerichtet ist, besitzt Bindungstaschen, an denen zahlreiche weitere Faktoren binden können. An der Rückseite können posttranslationale Modifikationen stattfinden. PCNA ist im Nukleus lokalisiert.^[2]

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Funktion

Replikation

PCNA wird durch den Replikationsfaktor C (RFC) auf die DNA geladen und bildet dort einen Ankerpunkt für die DNA-Polymerasen δ und ε. Durch unterschiedliche Affinitäten wird die DNA-Polymerase ε auf den Leitstrang und DNA-Polymerase δ auf den Folgestrang geladen. PCNA bewegt sich während der Replikation in einer rotierenden Bewegung auf der DNA entlang und verhindert die Dissoziation der DNA-Polymerasen. Während auf dem Leitstrang PCNA nur einmal geladen wird, ist dies beim Folgestrang für jedes Okazaki-Fragment erneut nötig.

PCNA stellt außerdem sicher, dass jeder Replikationsursprung nur einmal verwendet wird, indem es Lizenzsierungsfaktoren der Replikation durch Ubiquitinierung zum Abbau markiert.^[3]

DNA-Reparatur

PCNA ist in zahlreiche Mechanismen involviert, welche die Integrität des Genoms kontrollieren. Dabei erfüllt es ähnliche Aufgaben wie in der DNA-Replikation und koordiniert beispielsweise DNA-Polymerasen an eine beschädigte Stelle am DNA-Strang. Prozesse mit Beteiligung von PCNA sind:

Klinische Bedeutung

In der Labormedizin und Forschung wird PCNA als Zellproliferationsmarker angewendet. Die Detektion erfolgt über Antikörper. Der PCNA-Wert wird beispielsweise bei Brustkrebs zur Prognose verwendet.^[4]

Autoantikörper gegen PCNA (Anti-PCNA) treten in etwa 3% der Fälle bei systemischem Lupus erythematodes (SLE) auf.

Quellen

↑ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/5111
↑ Strzalka, Wojciech, and Alicja Ziemienowicz. “Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA): A Key Factor in DNA Replication and Cell Cycle Regulation.” Annals of Botany 107.7 (2011): 1127–1140. PMC. Web. 30 Jan. 2018.
↑ Boehm, Elizabeth M., Melissa S. Gildenberg, and M. Todd Washington. “The Many Roles of PCNA in Eukaryotic DNA Replication.” The Enzymes 39 (2016): 231–254. PMC. Web. 30 Jan. 2018.
↑ Malkas, Linda H. et al. “A Cancer-Associated PCNA Expressed in Breast Cancer Has Implications as a Potential Biomarker.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103.51 (2006): 19472–19477. PMC. Web. 30 Jan. 2018.

[1] ttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/5111

[2] Strzalka, Wojciech, and Alicja Ziemienowicz. “Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA): A Key Factor in DNA Replication and Cell Cycle Regulation.” Annals of Botany 107.7 (2011): 1127–1140. PMC. Web. 30 Jan. 2018.

[3] Boehm, Elizabeth M., Melissa S. Gildenberg, and M. Todd Washington. “The Many Roles of PCNA in Eukaryotic DNA Replication.” The Enzymes 39 (2016): 231–254. PMC. Web. 30 Jan. 2018.

[4] Malkas, Linda H. et al. “A Cancer-Associated PCNA Expressed in Breast Cancer Has Implications as a Potential Biomarker.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103.51 (2006): 19472–19477. PMC. Web. 30 Jan. 2018.

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