PCNA

Con l'acronimo PCNA viene identificata l'antigene nucleare di proliferazione cellulare (in inglese Proliferating Cell Nuclear Antigen, da cui l'acronimo); PCNA è una proteina ad azione di fattore di processività per la DNA-polimerasi-δ, individuata nelle cellule eucariotiche. La struttura di tale proteina è in grado di assumere una peculiare conformazione la quale le consente di contattare il DNA (DNA clamp) e di promuovere l'azione della polimerasi durante la replicazione del DNA.

La proteina PCNA codificata dal gene PCNA si localizza nel nucleo delle cellule eucariotiche, fa parte dei cofattori della DNA polimerasi delta, la loro reciproca associazione aumenta la processività nella sintesi del filamento guida durante la replicazione del DNA. In risposta ad un danno al DNA questa proteina viene ubiquitinata e quindi coinvolta nella via di riparazione del DNA RAD6-dipendente. Il gene PCNA codifica per due varianti di trascrizione della proteina. Pseudogeni di PCNA sono stati individuati sul cromosoma 4 e sul cromosoma X.

Espressione di PCNA all'interno del nucleo durante la sintesi del DNA

PCNA è stata originariamente identificata come un antigene espresso nei nuclei delle cellule durante la fase di sintesi del DNA. Parte della proteina è stata sequenziata e la sequenza è stata utilizzata per consentire l'isolamento di un clone a cDNA. PCNA aiuta a mantenere la DNA polimerasi delta (Pol δ) ancorata al DNA. PCNA viene bloccato al DNA attraverso l'azione del fattore di replicazione C (RFC), il quale fa parte degli eteropentameri della classe AAA+ ATPasi dipendenti. L'espressione del gene PCNA è sotto il controllo del fattore di trascrizione E2F.

Ruolo di PCNA nella riparazione del DNA

La DNA polimerasi delta è coinvolta nella sintesi di filamenti di DNA danneggiati e quindi rimossi durante la riparazione del DNA, PCNA consentendo alla DNA polimerasi delta il contatto con il filamento danneggiato svolge un ruolo importante sia per la sintesi del DNA che per la sua riparazione.

PCNA interviene anche nella via di tolleranza danno al DNA denominata riparazione post-replicazione (post-replication repair o PRR) In PRR, avvengono due sotto-percorsi:

• Il percorso translesione, che viene svolto da DNA polimerasi specializzate in grado di integrare le basi del DNA danneggiato nei loro siti attivi (a differenza delle normali polimerasi replicative), e quindi evitare il danno.
• Il superamento del danno tramite il reclutamento dei meccanismi di ricombinazione degli omologhi.

PCNA è fondamentale per l'attivazione di questi percorsi e per la scelta di quale percorso di riparazione viene utilizzato dalla cellula.
La proteina PCNA subisce modifiche post-traduzionali quali ubiquitinazione: Se la lisina numero 164 del peptide viene mono-ubiquinata si avrà l'attivazione del meccanismo di riparazione translesione, Se invece si verifica una poli-ubiquitinazione che coinvolge la lisina 63, si attiverà il secondo percorso di riparazione. Inoltre, se la lisina-164 (ed in misura minore, la lisina-127) di PCNA vanno incontro al processo di sumolazione (piccole modificatore ubiquitino-simili, SUMO) viene inibito il secondo percorso di riparazione. Questo effetto di inibizione nella riparazione si verifica perché la PCNA sumolata, recluta un DNA elicasi denominato Srs2, tale elicasi disturba l'azione della nucleoproteina RAD51 la quale è fondamentale per l'inizio della ricombinazione omologa.

Interazioni

PCNA può interagire con: Ku70,MSH3,Werner syndrome ATP-dependent helicase,RFC2,RFC3,RFC1,RFC4,RFC5,GADD45G,CDC25C,MUTYH,Flap structure-specific endonuclease 1,Cyclin O,CHTF18,Y box binding protein 1,Cyclin D1,Annexin A2,MSH6,DNMT1,HDAC1,KCTD13,XRCC1,Cyclin-dependent kinase 4,Ku80,HUS1,GADD45A,POLD2,ING1,POLH,KIAA0101,POLDIP2,EP300,MCL1,POLD3,Cyclin-dependent kinase inhibitor 1C,POLL,Ubiquitin C and P21.

Bibliografia

• Prosperi E, Multiple roles of the proliferating cell nuclear antigen: DNA replication, repair and cell cycle control., in Progress in cell cycle research, vol. 3, 1998, pp. 193–210, PMID 9552415.
• Miura M, Detection of chromatin-bound PCNA in mammalian cells and its use to study DNA excision repair., in J. Radiat. Res., vol. 40, n. 1, 1999, pp. 1–12, DOI:10.1269/jrr.40.1, PMID 10408173.
• Chen M, Pan ZQ, Hurwitz J, Sequence and expression in Escherichia coli of the 40-kDa subunit of activator 1 (replication factor C) of HeLa cells., in Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 89, n. 7, 1992, pp. 2516–20, DOI:10.1073/pnas.89.7.2516, PMC 48692, PMID 1313560.
• Kemeny MM, Alava G, Oliver JM, Improving responses in hepatomas with circadian-patterned hepatic artery infusions of recombinant interleukin-2., in J. Immunother., vol. 12, n. 4, 1993, pp. 219–23, DOI:10.1097/00002371-199211000-00001, PMID 1477073.
• Morris GF, Mathews MB, Analysis of the proliferating cell nuclear antigen promoter and its response to adenovirus early region 1., in J. Biol. Chem., vol. 265, n. 27, 1990, pp. 16116–25, PMID 1975809.
• Webb G, Parsons P, Chenevix-Trench G, Localization of the gene for human proliferating nuclear antigen/cyclin by in situ hybridization., in Hum. Genet., vol. 86, n. 1, 1991, pp. 84–6, PMID 1979311.
• Travali S, Ku DH, Rizzo MG, et al., Structure of the human gene for the proliferating cell nuclear antigen., in J. Biol. Chem., vol. 264, n. 13, 1989, pp. 7466–72, PMID 2565339.
• Ku DH, Travali S, Calabretta B, et al., Human gene for proliferating cell nuclear antigen has pseudogenes and localizes to chromosome 20., in Somat. Cell Mol. Genet., vol. 15, n. 4, 1989, pp. 297–307, DOI:10.1007/BF01534969, PMID 2569765.
• Prelich G, Kostura M, Marshak DR, et al., The cell-cycle regulated proliferating cell nuclear antigen is required for SV40 DNA replication in vitro., in Nature, vol. 326, n. 6112, 1987, pp. 471–5, DOI:10.1038/326471a0, PMID 2882422.
• Almendral JM, Huebsch D, Blundell PA, et al., Cloning and sequence of the human nuclear protein cyclin: homology with DNA-binding proteins., in Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 84, n. 6, 1987, pp. 1575–9, DOI:10.1073/pnas.84.6.1575, PMID 2882507.
• Chen IT, Smith ML, O'Connor PM, Fornace AJ, Direct interaction of Gadd45 with PCNA and evidence for competitive interaction of Gadd45 and p21Waf1/Cip1 with PCNA., in Oncogene, vol. 11, n. 10, 1995, pp. 1931–7, PMID 7478510.
• Li X, Li J, Harrington J, et al., Lagging strand DNA synthesis at the eukaryotic replication fork involves binding and stimulation of FEN-1 by proliferating cell nuclear antigen., in J. Biol. Chem., vol. 270, n. 38, 1995, pp. 22109–12, DOI:10.1074/jbc.270.38.22109, PMID 7673186.
• Fukuda K, Morioka H, Imajou S, et al., Structure-function relationship of the eukaryotic DNA replication factor, proliferating cell nuclear antigen., in J. Biol. Chem., vol. 270, n. 38, 1995, pp. 22527–34, DOI:10.1074/jbc.270.38.22527, PMID 7673244.
• Warbrick E, Lane DP, Glover DM, Cox LS, A small peptide inhibitor of DNA replication defines the site of interaction between the cyclin-dependent kinase inhibitor p21WAF1 and proliferating cell nuclear antigen., in Curr. Biol., vol. 5, n. 3, 1995, pp. 275–82, DOI:10.1016/S0960-9822(95)00058-3, PMID 7780738.
• Hall PA, Kearsey JM, Coates PJ, et al., Characterisation of the interaction between PCNA and Gadd45., in Oncogene, vol. 10, n. 12, 1995, pp. 2427–33, PMID 7784094.
• Kato S, Sekine S, Oh SW, et al., Construction of a human full-length cDNA bank., in Gene, vol. 150, n. 2, 1995, pp. 243–50, DOI:10.1016/0378-1119(94)90433-2, PMID 7821789.
• Matsuoka S, Yamaguchi M, Matsukage A, D-type cyclin-binding regions of proliferating cell nuclear antigen., in J. Biol. Chem., vol. 269, n. 15, 1994, pp. 11030–6, PMID 7908906.
• Szepesi A, Gelfand EW, Lucas JJ, Association of proliferating cell nuclear antigen with cyclin-dependent kinases and cyclins in normal and transformed human T lymphocytes., in Blood, vol. 84, n. 10, 1994, pp. 3413–21, PMID 7949095.
• Smith ML, Chen IT, Zhan Q, et al., Interaction of the p53-regulated protein Gadd45 with proliferating cell nuclear antigen., in Science, vol. 266, n. 5189, 1994, pp. 1376–80, DOI:10.1126/science.7973727, PMID 7973727.
• Pan ZQ, Chen M, Hurwitz J, The subunits of activator 1 (replication factor C) carry out multiple functions essential for proliferating-cell nuclear antigen-dependent DNA synthesis., in Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 90, n. 1, 1993, pp. 6–10, DOI:10.1073/pnas.90.1.6, PMC 45588, PMID 8093561.

Altri progetti

Collegamenti esterni

• (EN) PCNA, in Medical Subject Headings (MeSH), National Library of Medicine, 2009.
• ANA: Cell cycle related (Mitotic): PCNA type 1 and type 2 Antibody Patterns, su antibodypatterns.com, Antibody Patterns.com. URL consultato il 15 aprile 2008 (archiviato dall'url originale il 23 settembre 2015).
• Dan Krotz, Structure of a Clamp–Loader Complex, su www-als.lbl.gov, Advanced Light Source News. URL consultato il 15 aprile 2008.
• Movie showing a model of clamp loading of PCNA onto DNA , su pubmedcentral.gov. URL consultato il 15 aprile 2008.
• Miyata T, Suzuki H, Oyama T, Mayanagi K, Ishino Y, Morikawa K, Open clamp structure in the clamp-loading complex visualized by electron microscopic image analysis, in Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., vol. 102, n. 39, 2005, pp. 13795–800, DOI:10.1073/pnas.0506447102, PMID 16169902.