上海
增殖细胞核抗原 （Proliferating Cell Nuclear Antigen, PCNA） ，形成一个环绕DNA的环状同源三聚体钳状结构，招募多种参与DNA复制的因子。PCNA的翻译后修饰在DNA复制、DNA损伤应答等多个通路中发挥功能。在经典的DNA损伤容忍途径中，PCNA上保守的Lys164位点的泛素化修饰重启被模版损伤停滞的DNA复制。在酿酒酵母中，该位点的单泛素修饰由Rad18-Rad6复合物介导，启动可能会在复制中引入错误的跨损伤的DNA复制。在单泛素的基础上，Rad5与Ubc13-Mms2复合物催化该位点的泛素链修饰，启动无误的DNA损伤容忍通路。DNA损伤容忍途径在真核生物中高度保守。在高等动物中，Rad18、Rad5等因子的同源蛋白催化PCNA的Lys164位点的泛素化修饰，启动DNA损伤容忍途径。除了在经典的DNA损伤容忍途径中发挥功能之外，酿酒酵母的Rad5也可与Ubc4协同，催化PCNA的Lys107位点的泛素化修饰，启动对冈崎片段连接缺陷的应答。到目前为止，Rad5与Ubc4协同的生化机制还不清楚。
近日，天津医科大学向嵩课题组在JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY杂志上发表了文章Rad5 and Ubc4 directly ubiquitinate PCNA at Lys164 in vitro，描述了Rad5与Ubc4协同催化PCNA泛素化的机制。他们通过使用纯化的Rad5及相关蛋白质重建了Rad5-Ubc4催化PCNA泛素化反应，并对探究了相关因子及Rad5各个结构域对反应的贡献。他们的数据表明，Rad5和Ubc4可直接泛素化游离的PCNA或装载到DNA上的PCNA，反应不需要Mms2参与。该课题组之前的研究表明，在Rad5与Ubc13-Mms2催化的PCNA泛素化反应中，Rad5的HIRAN结构域上一个保守的带正电的区域介导与PCNA的互作，与催化泛素化反应的RING结构域协同催化反应。在此工作中，作者发现阻断HIRAN-PCNA互作的突变或者RING结构域的灭活突变都显著的降低Rad5/Ubc4催化的PCNA泛素化反应，表明该反应也需要Rad5的RING及HIRAN结构域的协同。这些数据为深入理解反应的机制提供了线索。
这些作者发现Rad5和Ubc4在体外泛素化多个PCNA的位点。结合质谱分析和以PCNA突变体为底物的反应活性分析，他们鉴定了这些位点。通过这些实验，作者们发现了3个主要泛素的位点和若干个次要位点。有意思的是，他们的数据表明，无论是游离的PCNA或装载到DNA上的PCNA，Lys164都是一个主要的被Rad5与Ubc4泛素化的位点。而且，在所有的主要泛素化位点中，Lys164是唯一的一个在真核生物中高度保守的位点。考虑到在高等动物细胞中存在Rad5和Ubc4的同源蛋白，高等动物中PCNA的Lys164位点能否被相似的反应泛素化是一个值得回答的问题。与Rad5和Ubc13-Mms2催化的PCNA泛素化修饰不同，Rad5及Ubc4催化的反应不需要Lys164位点首先被单泛素修饰，可以未被修饰的PCNA为底物。Lys164位点的泛素化修饰启动DNA损伤容忍途径。因此，这些作者的发现提示Rad5或其高等动物的同源蛋白质可能通过一个新颖的途径调控DNA损伤容忍应答。进一步的细胞生物学和体内研究可为理解这一可能性提供更多的线索。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021925825000390
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