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試論Ran基因功能及研究

時間:2023-03-18 13:24:01 物理畢業(yè)論文 我要投稿
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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。216個氨基酸殘基)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末端缺乏一個作為翻譯后異戊二化受體的半胱氨酸殘基,而擁有一個酸性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基因廣泛存在于動植物之中,我們一般將動物中的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 
   
 。ㄒ唬〨TP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,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。 
   
 。ǘ┖速|(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、交換大多數(shù)是以主動運(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?吭贜PC上,接著通過NPC運(yùn)輸入核。

試論Ran基因功能及研究

  (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。 
   
 。ㄋ模┘忓N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。 
   
  參考文獻(xiàn): 
  [1]蔣青,盧智剛,張傳茂.Ras類原癌基因產(chǎn)物Ran GTPase在細(xì)胞增殖調(diào)控中的作用[J].科學(xué)通報(bào),2004,49(4):308~314. 
  [2]朱汝森,劉新光,梁念慈.RNAi實(shí)現(xiàn)策略的新進(jìn)展[A].國外醫(yī)學(xué)臨床生物化學(xué)與檢驗(yàn)學(xué)分冊[C],2004,25(3):214~215. 
  [3]曹允考,張貴學(xué),陳大元.GTPaseRan及其生物學(xué)作用[J].細(xì)胞生物學(xué)雜志,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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