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試論Ｒａｎ基因功能及研究
[論文關(guān)鍵詞]Ran基因 功能 研究
[論文摘要]由于Ran存在廣泛，功能多樣。 Ran及其結(jié)合蛋白參與調(diào)控細(xì)胞周期中的多個(gè)過程，對于小分子GTPase Ran的研究，越來越多的受到了關(guān)注。對Ran及其功能作簡單的介紹。
Ran（Ras-related nuclear）也稱為TC4，最初是作為人類cDNA的一個(gè)可譯框而被發(fā)現(xiàn)，并首先從人類畸胎瘤細(xì)胞中分離純化得到的一種蛋白質(zhì)，根據(jù)其大小（216個(gè)氨基酸殘基）及其規(guī)范的序列基元DTAGAE而被確認(rèn)為與Ras相關(guān)的GTPase，分子量是24Da，從真核生物到人都高度保守。
一、Ran與Ras的關(guān)系
在HeLa細(xì)胞中，Ran是Ras家族種表達(dá)最豐富的成員，占細(xì)胞蛋白總量的0.4 %，與ras家族的其他成員相比，其C末端缺乏一個(gè)作為翻譯后異戊二烯化受體的半胱氨酸殘基，而擁有一個(gè)酸性C末端序列DEDDDL。這是Ran的作用基礎(chǔ)。Ran和ras一樣，有活性的RanGTP和無活性RanGDP。RanGTP和RanGDP的濃度受Ran的調(diào)節(jié)物GFE（guanine nucleotide exchange factor）和RanGAP精密調(diào)控。GFE、RCC1（regulator of chromosome condensation 1）可增加與Ran相連的GDP轉(zhuǎn)化成GTP，RCC1通過組蛋白H2A/2B和染色體的周圍產(chǎn)生較高濃度的RanGTP。Ran本身的GTPase活性較低，但可被位于核孔胞質(zhì)面的RanGAP1激活，使GTPase活性增加10倍。RanBP1是一種分子量為23kDa的蛋白質(zhì)，本身沒有GAP活性，但它可以作為GEF抑制劑降低RCC1的活性，從而間接提高GDP和GTP的比值。Ran在真核細(xì)胞的一系列生物過程種，如DNA復(fù)制，RNA的轉(zhuǎn)錄和加工，RNA和蛋白質(zhì)從核孔復(fù)合物的轉(zhuǎn)運(yùn)，有絲分裂和減數(shù)分裂的控制，尤其是紡錘體的組裝，染色體的正確分配，核膜破裂和重組等方面，都有一定的作用。Ran基因廣泛存在于動(dòng)植物之中，我們一般將動(dòng)物中的Ran基因叫作Ran，而植物中Ran有多種，如擬南芥共有三種（At Ran 13），Ran2是擬南芥Ran基因之一。Ran是一種大量分布于細(xì)胞核內(nèi)的GTP酶,是Ras類原癌基因大家族中的一員。
二、Ran的功能及研究
（一）GTP酶活性的功能
Ran的調(diào)節(jié)蛋白可增強(qiáng)核苷酸交換和水解的速率，使Ran循環(huán)于GTP結(jié)合態(tài)(活性態(tài))和GDP結(jié)合態(tài)(非活性態(tài))，Ran-GTP酶循環(huán)主要受Ran的鳥苷酸交換因子(RanGEF)RCC1(regulator of chromosome condensation-1)和GTP酶激活蛋白GAP1(GTPase-activating protein-1，酵母的同源物為RAN1)的調(diào)控。RanGTP/GDP的轉(zhuǎn)換與循環(huán)在有絲分裂期向間期轉(zhuǎn)變時(shí)，微管結(jié)構(gòu)與核組裝二者協(xié)調(diào)變化中起著重要作用。分裂間期RCC1在核中，通過組蛋白H2A和H2B與染色質(zhì)結(jié)合。RCC1與H2A或H2B的結(jié)合激活RCC1的轉(zhuǎn)換活性，使Ran-GDP轉(zhuǎn)換為Ran-GTP。而RanGAP1在胞質(zhì)中激活Ran使GTP水解，形成Ran-GDP。Ran結(jié)合蛋白1(RanBP 1)與Ran-GTP有高親和力，可作為RanGAP 1的協(xié)同因子，提高RanGAP 1介導(dǎo)的Ran-GTP水解速率。Ran的核苷酸轉(zhuǎn)換和水解的固有效率較慢，RCC1和RanGAPl可使Ran的核苷酸轉(zhuǎn)換和水解的效率大大加快。
（二）核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控功能
真核細(xì)胞中的核膜將核質(zhì)與胞質(zhì)分隔開，兩者大分子物質(zhì)（大于40－60ku）的流動(dòng)、交換大多數(shù)是以主動(dòng)運(yùn)輸?shù)男问酱┻^NPC (nuclear pore complex)。大分子的蛋白質(zhì)和RNA的內(nèi)輸和外運(yùn)分別由核定位信號(nuclear localization signal, NLS)和核外輸信號(nuclear export signal, NES)的短肽所介導(dǎo)。
內(nèi)輸?shù)鞍?alpha;/β(importinβ)家族成員在蛋白質(zhì)或RNA的內(nèi)輸/外運(yùn)過程中作為受體。內(nèi)輸?shù)鞍?alpha;(importin a)能夠識別富含賴氨酸的NLS，再連接到importinβ上的IβB(importinβbinding)區(qū)形成三聚體復(fù)合物。該復(fù)合體通過importinβ和NPC蛋白的相互作用停靠在NPC上，接著通過NPC運(yùn)輸入核。
（三）核膜裝配的調(diào)控功能
Ran對核膜裝配起著重要調(diào)控作用。在細(xì)胞分裂早期，Ran離開染色質(zhì)，分散到細(xì)胞質(zhì)中，其中一部分定位在紡錘體和中心粒上；在細(xì)胞分裂后期和未期，隨著核膜的重新裝配，Ran又重新回到細(xì)胞核內(nèi)。在以非洲爪蟾卵提取物為材料的非細(xì)胞體系中，加入包被有Ran蛋白的瓊脂糖Beads(Ran－Sepharose beads)，發(fā)現(xiàn)在此Beads周圍有核膜的裝配，而且是完整的、具有活性的核膜。
（四）紡錘體組裝的調(diào)控功能
1999年，Zhang C.，Carazo-Salas RE., Kalab P., Ohba T.和 Wilde A.等幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)Ran具有調(diào)控紡錘體/星體組裝作用。以非洲爪蟾卵提取物為材料研究發(fā)現(xiàn)，加入GTP鎖定形式的Ran突變體或者加入RCC1以提高RanGTP的比例，打破RanGDP和RanGTP濃度平衡，能夠促進(jìn)分裂期紡錘體的組裝，即RanGTP能穩(wěn)定紡錘體結(jié)構(gòu)。而加入GDP鎖定形式的突變體RanT24N，只有RanGDP存在，則干擾紡錘體的組裝，并促進(jìn)紡錘體/星體的去組裝。研究發(fā)現(xiàn)，importinβ在Ran調(diào)控的紡錘體組裝過程中也起到重要的負(fù)調(diào)節(jié)作用。向卵提取物中加入importinβ，則抑制卵提取物中的APA(aster-promoting activity,促星體組裝活性)，從而抑制星體/紡錘體的組裝。
三、結(jié)語
目前從Ran2核酸序列對比分析得出不同物種間Ran2基因的同源性很高，是一組結(jié)構(gòu)高度保守的序列。一般來講，在進(jìn)化上結(jié)構(gòu)高度保守的序列對細(xì)胞有著很重要的意義，說明Ran2是一個(gè)很重要的基因。從已有的資料來看它在調(diào)控細(xì)胞周期調(diào)控因子的定位、調(diào)控核膜裝配、調(diào)控DNA復(fù)制、調(diào)控紡錘體組裝等方面發(fā)揮著重要的作用。
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