增殖细胞核抗原； PCNA

DNA 聚合酶 δ 辅助蛋白

HGNC 批准的基因符号：PCNA

细胞遗传学位置：20p12.3 基因组坐标（GRCh38）：20:5,114,953-5,126,622（来自 NCBI）

▼ 说明

PCNA 基因编码一种必需的 DNA 复制辅助蛋白。它在复制叉中发挥着核心作用，招募并保留 DNA 复制和修复所需的许多酶（Baple 等人总结，2014）。

▼ 克隆与表达

特拉瓦利等人（1989） 分离出整个人类 PCNA 基因和侧翼序列的 cDNA 克隆。

PCNA 最初通过免疫荧光被鉴定为一种核蛋白，其外观与细胞的增殖状态相关。 Bravo（1986） 描述的一种称为细胞周期蛋白的细胞周期依赖性蛋白与 PCNA 相同。 PCNA蛋白在进化过程中高度保守；推导的大鼠和人类的氨基酸序列仅 261 个氨基酸中的 4 个不同。人类抗 PCNA 自身抗体不仅与迄今为止检查的所有实验动物的增殖细胞的细胞核发生反应，而且还与植物细胞的细胞核发生反应。铃鹿等人（1989）证明了高等植物中存在 PCNA/细胞周期蛋白相关基因。

▼ 基因功能

PCNA 是 SV40 DNA 体外复制所必需的，已被确定为 DNA 聚合酶 δ（174761） 的辅助蛋白（辅因子）。与 DNA 聚合酶 α（312040）、β（174760） 和 γ（174763） 不同，DNA 聚合酶 δ 具有核酸外切酶活性。由于核酸外切酶活性是在3-prime-to-5-prime方向，DNA聚合酶δ具有校对活性，预计在维持哺乳动物DNA复制的保真度方面发挥重要作用（Suzuka et al., 1989） ）。

据推测，基因工程可以改善容易发生动脉粥样硬化和闭塞的血管移植物的长期功能。曼等人（1995） 表明“术中基因治疗方法”可以有效地治疗癌症。使用反义寡脱氧核苷酸阻断内侧平滑肌细胞增殖可以防止加速动脉粥样硬化，而动脉粥样硬化是导致自体静脉移植失败的原因。在移植到颈动脉的兔颈静脉平滑肌细胞中，选择性阻止了 2 种细胞周期调节蛋白、PCNA 和细胞分裂周期激酶 2（CDK2；116953） 基因的表达。这种基因表达的改变成功地将静脉移植生物学从新内膜增生转向内侧肥厚，产生更类似于正常动脉的导管。此外，基因工程移植物被证明可以抵抗饮食引起的动脉粥样硬化。

哈桑等人（2001） 证明 p300（602700） 可能通过与 PCNA 的相互作用在 DNA 修复合成中发挥作用。哈桑等人（2001）证明p300在体外和体内与PCNA形成不依赖于细胞周期S期的复合物。 p300 和 PCNA 的很大一部分共定位于细胞核中的斑点结构。此外，内源性 p300-PCNA 复合物可刺激体外 DNA 合成。染色质免疫沉淀实验表明，p300 与紫外线照射后新合成的 DNA 相关。哈桑等人（2001） 提出 p300 可能参与 DNA 损伤位点的染色质重塑，以促进 DNA 修复合成中的 PCNA 功能。

RAD6 通路（312180, 179095） 对于真核细胞复制后 DNA 修复至关重要。该途径的两个主要元件是泛素结合酶 RAD6 和 MMS2（603001）-UBC13（603679） 异二聚体，它们分别被环指蛋白 RAD18（605256） 和 RAD5（608048） 募集至染色质。霍格等人（2002） 表明 UBC9（601661），一种 SUMO（参见 601912）结合酶，也与该途径有关，并且 PCNA，一种参与 DNA 合成和修复的 DNA 聚合酶滑动夹，是一种底物。 PCNA 通过 RAD6 和 RAD18 进行单泛素化，并通过 lys63 连接的多泛素化进行修饰，这还需要 MMS2、UBC13 和 RAD5，并通过 UBC9 与 SUMO 缀合。所有 3 个修饰都会影响 PCNA 的相同赖氨酸残基 lys164，表明它们标记 PCNA 的替代功能。霍格等人（2002） 证明这些修饰对 DNA 损伤的抵抗力有不同的影响，并且损伤诱导的 PCNA 泛素化是 DNA 修复的基础，并且发生在酵母和人类中相同的保守残基处。

SUMO 使用泛素缀合系统来抵消泛素化的影响。泛素和 SUMO 竞争 PCNA 的修饰，PCNA 是 DNA 复制和修复的重要持续因子。多泛素化是由 RAD6 通路的成分介导并促进无错修复，而 SUMO 修饰则与复制相关。 Stelter 和 Ulrich（2003） 证明，RAD6 介导的 PCNA 单泛素化可激活酵母中耐损伤聚合酶 eta（603968） 和 zeta（602776） 的跨损伤 DNA 合成。此外，聚合酶 zeta 受到 PCNA 的单泛素和 SUMO 修饰的不同影响。虽然损伤诱导的突变需要泛素化，但 SUMO 和单泛素都有助于在没有 DNA 损伤的情况下自发突变。 Stelter 和 Ulrich（2003） 得出结论，他们的数据在 S 期为 SUMO 分配了一个功能，并证明了泛素和 SUMO 如何通过调节复制和修复的准确性来促进整体基因组的稳定性。

普特等人（2004） 在 Williams 综合征转录因子（WSTF 或 BAZ1B；605681）中鉴定出 4 个潜在的 PCNA 结合基序。通过免疫沉淀和 HeLa 细胞核提取物的体外蛋白质下拉实验，他们证实了 PCNA 和 WSTF 之间存在不需要 DNA 的直接相互作用。含有 PCNA 的复合物与包含 WSTF 的核小体组装复合物（WINAC） 不同。普特等人（2004） 发现 PCNA 将 WSTF 靶向 DNA 复制位点，而 WSTF 反过来将 SNF2H（SMARCA5; 603375） 招募到复制位点。 RNA 干扰介导的 WSTF 或 SNF2H 消耗导致新复制的染色质压缩并增加异染色质标记的数量。

在酵母中，染色单体凝聚力对于活力至关重要，并由保守蛋白 Eco1 触发。摩尔多瓦等人（2006） 发现酵母 Eco1 及其人类同源物 ESCO2（609353） 通过其 N 末端的保守 PIP 框变体直接与 PCNA 相互作用。缺乏 Eco1-Pcna 相互作用的酵母 Eco1 突变体在染色单体凝聚力方面存在缺陷并且无法存活。摩尔多瓦等人（2006） 得出结论认为 PCNA 在 S 期内聚力的建立中发挥着至关重要的作用。

马加等人（2007） 分析了在体外绕过不同病变期间，人 PCNA 和复制蛋白 A（RPA；179835） 对 B、Y 和 X 类 6 种不同的人 DNA 聚合酶 b伸蛋白g 的影响。突变损伤 8-氧代鸟嘌呤具有很高的错误编码潜力。发现 DNA pol-lambda（606343） 和 -eta（603968） 的 8-oxo-G 旁路具有主要且特定的效果。 PCNA 和 RPA 能够正确掺入 8-oxo-G 模板对面的 dCTP，其效率分别比 DNA pol-lambda 中错误的 dATP 高效 1,200 倍，以及 DNA pol-eta 中的错误 dATP 高效 68 倍。使用 DNA pol-γ（174763） 缺失的细胞提取物进行的实验表明，DNA pol-lambda 具有重要作用。另一方面，DNA pol-iota（605252） 与 DNA pol-α（312040）、-δ（174761） 和 -β（174760） 一起显示出低得多的正确旁路效率。马加等人（2007） 得出的结论是，他们的发现表明存在一种减少氧化损伤有害后果的准确机制，此外，还指出 PCNA 和 RPA 在确定病变旁路中不同 DNA 聚合体之间的功能层次中发挥着重要作用。

瓦尼尔等人（2013） 确定 RTEL1（608833） 通过与 PCNA 结合而与复制体结合。因 Rtel1-Pcna 相互作用而被破坏的细胞（PIP 中的突变体；176720）表现出加速衰老、复制叉不稳定、复制叉延伸率降低和起点使用增加。尽管突变细胞中端粒处的 T 环分解不受影响，但端粒复制受到损害，导致端粒处出现脆弱位点。 Rtel1-Pip 突变小鼠可以存活，但 Rtel1-Pcna 相互作用的丧失加速了 p53（191170） 缺陷小鼠肿瘤发生的发生。瓦尼尔等人（2013）提出RTEL1在端粒和全基因组复制中发挥着关键作用，这对于遗传稳定性和避免肿瘤至关重要。

迪利等人（2016） 定义了断裂诱导的端粒合成，并表明它利用了一种专门的复制体，这是端粒交替延长（ALT） 维持的基础。 DNA 双链断裂通过长链单向复制实现新生端粒合成。复制因子 C（RFC；参见 102579）加载的 PCNA 作为端粒损伤的初始传感器，通过其 POLD3（611415） 子单元建立 DNA 聚合酶 δ 的优势。断裂诱导的端粒合成需要 RFC-PCNA-Pol-δ 轴，但孤立于其他经典复制体组件、ATM（607585） 和 ATR（601215） 或同源重组蛋白 Rad51（179617）。

卡纳沃等人（2020） 表明，人类 MutS-γ（MSH4（602105） 和 MSH5（603382） 的复合物，支持交叉、结合分支重组中间体，并与 MutL-γ（MLH1（120436） 和 MLH3（604395） 的复合物）相关，稳定联合分子结构和相邻双链 DNA 处的整体。 MutS-γ 直接刺激 MutL-γ 核酸内切酶对 DNA 进行切割。 MutL-γ 活性会被核酸外切酶 1（EXO1; 606063） 进一步刺激，但仅当 MutS-γ 存在时才有效。 RFC 和 PCNA 是核酸酶整体的附加成分，从而触发交叉。 MutL-γ 不能与 Pcna 相互作用的酿酒酵母菌株在形成交换方面存在缺陷。 MutL-γ-MutS-γ-EXO1-RFC-PCNA 核酸酶整体优先使用霍利迪连接体切割 DNA，但它没有表现出典型的拆分酶活性。相反，数据表明，核酸酶整体通过在连接点附近的双链 DNA 上产生切口来处理减数分裂重组中间体。作者提出，由于 MutL-γ 造成的 DNA 切口取决于其辅助因子，MutS-γ 和 RFC-PCNA 在减数分裂重组中间体上的不对称分布可能会导致 DNA 裂解的偏差。他们认为，这种 MutL-γ 核酸酶激活模式可以解释减数分裂染色体中霍利迪连接或其前体的交叉特异性加工。

库尔卡尼等人孤立地（2020） 表明 PCNA 对于交叉偏倚解析非常重要。人类酶的体外测定表明 PCNA 和 RFC 足以激活 MutL-γ 核酸内切酶。 MutL-γ 进一步受到前交叉因子 EXO1 和 MutS-γ 的共依赖性活性的刺激，后者与霍利迪连接体结合。作者发现 MutL-γ 还结合各种分支 DNA，包括霍利迪连接点，但它没有表现出典型的拆分酶活性，这表明核酸内切酶切割邻近连接分支点以实现拆分。在体内，Rfc 促进出芽酵母中 MutL-γ 依赖性交换。此外，Pcna 定位于沿突触染色体的预期交叉位点。库尔卡尼等人（2020） 的结论是，他们的数据强调了交叉解析和 DNA 错配修复起始步骤之间的相似性，并提出了减数分裂期间双霍利迪连接的交叉特异性解析的新模型。

▼ 生化特征

晶体结构

鲍曼等人（2004） 报道了酿酒酵母的 5 蛋白钳装载复合物（RFC） 与滑动钳（PCNA） 结合的晶体结构。 RFC 与 ATP 类似物 ATP-γ-S 的紧密界面协调导致 PCNA 环上方夹具加载器的 ATPase 结构域呈螺旋排列。将引发 DNA 的模型放置在 PCNA 的中心孔内，揭示了 RFC 螺旋与 DNA 双螺旋凹槽之间的惊人对应关系。鲍曼等人（2004） 得出的结论是，该模型中，夹钳装载复合物以螺旋盖状排列锁定到引物 DNA 中，为 RFC:PCNA 复合物与引物-模板连接的接合产生 ATP 的过程提供了简单的解释。 DNA 上滑动夹的水解和释放。

▼ 基因结构

特拉瓦利等人（1989） 表明人类 PCNA 基因以单拷贝形式存在，并具有 6 个外显子。从帽位点到 Poly（A） 信号，其跨度为 4,961 bp。一个不寻常的特征是内含子之间以及内含子和外显子之间存在广泛的序列相似性。

▼ 测绘

库等人（1989） 通过体细胞杂交 DNA 的 Southern 分析将 PCNA 基因定位到染色体 20。鉴定出两个假基因，一个对应到 Xpter-q13，第二个对应到 6pter-p12。通过原位杂交，Webb 等人（1990） 将轨迹指定为 20p13。他们还在 11p15.1 和 Xp11.4 上发现了 2 个强的谷物次级峰。 Rao 等人通过原位杂交研究（1991）得出结论，PCNA基因位于或接近20p12。

假基因

谷口等人（1996） 描述了 2 个“新”的特征： PCNA 假基因串联定位于 4q24。一种是假基因，另一种是截短的假基因。

▼ 分子遗传学

Baple 等人在来自俄亥俄州阿米什人谱系的 4 名患有共济失调毛细血管扩张样疾病 2（ATLD2; 615919） 的个体中（2014） 鉴定出 PCNA 基因中的纯合错义突变（S228I; 176740.0001）。通过纯合性作图和候选基因测序发现了突变。体外研究以及患者细胞研究表明，该突变导致核苷酸切除修复缺陷。受影响的个体具有神经退行性表型，其特征是发育迟缓、共济失调和感音神经性听力损失。其他特征包括身材矮小、皮肤和眼部毛细血管扩张以及光过敏。

▼ 等位基因变异体（1 个选定示例）：

.0001 共济失调-毛细血管扩张样疾病 2（1 个家族）
PCNA、SER228ILE

Baple 等人在来自俄亥俄州阿米什人谱系的 4 名患有共济失调毛细血管扩张样疾病 2（ATLD2; 615919） 的个体中（2014） 鉴定出 PCNA 基因外显子 6 中的纯合 c.683G-T 颠换，导致高度保守残基处的 ser228 至 ile（S228I） 取代。该突变是通过纯合性作图和候选基因测序发现的，与该家族中的疾病分离，并且在 360 个对照染色体中未发现。在 310 个俄亥俄州阿米什对照染色体中发现了 2 个杂合携带者，在 1000 个基因组计划和外显子组变异服务器数据库中发现了 1 个携带者。对患者细胞的研究表明，该突变不会干扰 PCNA 的主要复制功能，并且大量 DNA 复制也不会受到干扰。然而，与对照组相比，患者细胞对紫外线照射的反应表现出明显的异常，包括存活率下降、计划外 DNA 合成减少和 RNA 合成恢复减少。这些发现与核苷酸切除修复（NER）的缺陷一致，特别是转录偶联的 NER。进一步的实验表明，与野生型相比，突变型 PCNA 与结合伴侣 FEN1（600393）、LIG1（126391） 和 XPG（ERCC5; 133530） 的相互作用显着减少。巴普尔等人（2014） 得出结论，S228I 突变体是一个亚等位基因。