试论Ｒａｎ基因功能及研究

试论Ｒａｎ基因功能及研究

　　[论文关键词]Ran基因 功能 研究 
　　[论文摘要]由于Ran存在广泛，功能多样。 Ran及其结合蛋白参与调控细胞周期中的多个过程，对于小分子GTPase Ran的研究，越来越多的受到了关注。对Ran及其功能作简单的介绍。 
　　 
　　Ran（Ras-related nuclear）也称为TC4，最初是作为人类cDNA的一个可译框而被发现，并首先从人类畸胎瘤细胞中分离纯化得到的一种蛋白质，根据其大小（216个氨基酸残基）及其规范的序列基元DTAGAE而被确认为与Ras相关的GTPase，分子量是24Da，从真核生物到人都高度保守。 
　　 
　　一、Ran与Ras的关系 
　　 
　　在HeLa细胞中，Ran是Ras家族种表达最丰富的成员，占细胞蛋白总量的0.4 %，与ras家族的其他成员相比，其C末端缺乏一个作为翻译后异戊二烯化受体的半胱氨酸残基，而拥有一个酸性C末端序列DEDDDL。这是Ran的作用基础。Ran和ras一样，有活性的RanGTP和无活性RanGDP。RanGTP和RanGDP的浓度受Ran的调节物GFE（guanine nucleotide exchange factor）和RanGAP精密调控。GFE、RCC1（regulator of chromosome condensation 1）可增加与Ran相连的GDP转化成GTP，RCC1通过组蛋白H2A/2B和染色体的周围产生较高浓度的RanGTP。Ran本身的GTPase活性较低，但可被位于核孔胞质面的RanGAP1激活，使GTPase活性增加10倍。RanBP1是一种分子量为23kDa的蛋白质，本身没有GAP活性，但它可以作为GEF抑制剂降低RCC1的活性，从而间接提高GDP和GTP的比值。Ran在真核细胞的一系列生物过程种，如DNA复制，RNA的转录和加工，RNA和蛋白质从核孔复合物的转运，有丝分裂和减数分裂的控制，尤其是纺锤体的组装，染色体的正确分配，核膜破裂和重组等方面，都有一定的作用。Ran基因广泛存在于动植物之中，我们一般将动物中的Ran基因叫作Ran，而植物中Ran有多种，如拟南芥共有三种（At Ran 13），Ran2是拟南芥Ran基因之一。Ran是一种大量分布于细胞核内的GTP酶,是Ras类原癌基因大家族中的一员。 
　　 
　　二、Ran的功能及研究 
　　 
　　（一）GTP酶活性的功能 
　　Ran的调节蛋白可增强核苷酸交换和水解的速率，使Ran循环于GTP结合态(活性态)和GDP结合态(非活性态)，Ran-GTP酶循环主要受Ran的鸟苷酸交换因子(RanGEF)RCC1(regulator of chromosome condensation-1)和GTP酶激活蛋白GAP1(GTPase-activating protein-1，酵母的同源物为RAN1)的调控。RanGTP/GDP的转换与循环在有丝分裂期向间期转变时，微管结构与核组装二者协调变化中起着重要作用。分裂间期RCC1在核中，通过组蛋白H2A和H2B与染色质结合。RCC1与H2A或H2B的结合激活RCC1的转换活性，使Ran-GDP转换为Ran-GTP。而RanGAP1在胞质中激活Ran使GTP水解，形成Ran-GDP。Ran结合蛋白1(RanBP 1)与Ran-GTP有高亲和力，可作为RanGAP 1的协同因子，提高RanGAP 1介导的Ran-GTP水解速率。Ran的核苷酸转换和水解的固有效率较慢，RCC1和RanGAPl可使Ran的核苷酸转换和水解的效率大大加快。 
　　 
　　（二）核质转运的调控功能 
　　真核细胞中的核膜将核质与胞质分隔开，两者大分子物质（大于40－60ku）的流动、交换大多数是以主动运输的形式穿过NPC (nuclear pore complex)。大分子的蛋白质和RNA的内输和外运分别由核定位信号(nuclear localization signal, NLS)和核外输信号(nuclear export signal, NES)的短肽所介导。
　　内输蛋白α/β(importinβ)家族成员在蛋白质或RNA的内输/外运过程中作为受体。内输蛋白α(importin a)能够识别富含赖氨酸的NLS，再连接到importinβ上的IβB(importinβbinding)区形成三聚体复合物。该复合体通过importinβ和NPC蛋白的相互作用停靠在NPC上，接着通过NPC运输入核。

　　（三）核膜装配的调控功能 
　　Ran对核膜装配起着重要调控作用。在细胞分裂早期，Ran离开染色质，分散到细胞质中，其中一部分定位在纺锤体和中心粒上；在细胞分裂后期和未期，随着核膜的重新装配，Ran又重新回到细胞核内。在以非洲爪蟾卵提取物为材料的非细胞体系中，加入包被有Ran蛋白的琼脂糖Beads(Ran－Sepharose beads)，发现在此Beads周围有核膜的装配，而且是完整的、具有活性的核膜。 
　　 
　　（四）纺锤体组装的调控功能 
　　1999年，Zhang C.，Carazo-Salas RE., Kalab P., Ohba T.和 Wilde A.等几乎同时发现Ran具有调控纺锤体/星体组装作用。以非洲爪蟾卵提取物为材料研究发现，加入GTP锁定形式的Ran突变体或者加入RCC1以提高RanGTP的比例，打破RanGDP和RanGTP浓度平衡，能够促进分裂期纺锤体的组装，即RanGTP能稳定纺锤体结构。而加入GDP锁定形式的突变体RanT24N，只有RanGDP存在，则干扰纺锤体的组装，并促进纺锤体/星体的去组装。研究发现，importinβ在Ran调控的纺锤体组装过程中也起到重要的负调节作用。向卵提取物中加入importinβ，则抑制卵提取物中的APA(aster-promoting activity,促星体组装活性)，从而抑制星体/纺锤体的组装。 
　　 
　　三、结语 
　　 
　　目前从Ran2核酸序列对比分析得出不同物种间Ran2基因的同源性很高，是一组结构高度保守的序列。一般来讲，在进化上结构高度保守的序列对细胞有着很重要的意义，说明Ran2是一个很重要的基因。从已有的资料来看它在调控细胞周期调控因子的定位、调控核膜装配、调控DNA复制、调控纺锤体组装等方面发挥着重要的作用。 
　　 
　　参考文献： 
　　[1]蒋青，卢智刚，张传茂．Ras类原癌基因产物Ran GTPase在细胞增殖调控中的作用[J]．科学通报，2004，49（4）：308～314. 
　　[2]朱汝森，刘新光，梁念慈．RNAi实现策略的新进展[A]．国外医学临床生物化学与检验学分册[C]，2004，25(3)：214～215. 
　　[3]曹允考，张贵学，陈大元．GTPaseRan及其生物学作用[J]．细胞生物学杂志，2004，6（3）：241～246. 
　　[4]Klebe C, Bischoff FR, Ponsingl H, et al. Interaction of the nuclear GTP-binding protein Ran with its regulatory proteins RCC1 and RanGAP1[J]. Biochemistry,1995,34:639～647.

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