Импортин альфа , или кариоферин альфа, относится к классу адаптерных белков , которые участвуют в импорте белков в ядро клетки . Они являются подсемейством белков кариоферина . [1]
Известно, что импортин α связывается с последовательностью сигнала ядерной локализации (NLS) ядерно-ориентированных белков. [2] После этого распознавания импортин α связывает белок с импортином β, который транспортирует содержащий NLS белок через ядерную оболочку к месту назначения. [3] Из-за их дополнительных функциональных взаимоотношений импортин α и импортин β часто называют гетеродимером импортина α/β, но они функционально разделены и обычно не существуют в сопряжении друг с другом, а только ассоциируются для процессов клеточного импорта, таким образом, белки импортина α представляют собой независимый класс адаптерных белков.
Импортин α — небольшой белок, состоящий из трех функционально различных доменов: домена IBB, домена ARM и домена связывания экспортина CAS. [3]
N-концевая область белков состоит из домена импортин-β-связывания, или IBB. Эта область белка отвечает за взаимодействие с импортином β. [3] Эта область была описана как серия из по меньшей мере 41 незаменимых аминокислотных остатков, в частности, позиций 10-50 белка. Было показано, что удаление одной из этих аминокислот снижает активность ядерного импорта примерно на 50%. Более крупные делеции коррелируют с еще большими потерями функции тройного импортного комплекса, состоящего из импортина α, импортина β и целевого белка. [4]
Большая часть белка импортина α состоит из серии из десяти тандемных повторов броненосца, или ARM. Централизованный домен ARM, состоящий из девяти повторов ARM, отвечает за регулирование связывания NLS для прямого взаимодействия с нацеленными на ядро белками. [3] Эти повторы ARM распознают основные остатки, характерные для последовательностей NLS. Последовательности NLS могут быть однокомпонентными (один кластер основных аминокислот) или двухкомпонентными (два кластера основных аминокислот с линкерной последовательностью). Домен ARM содержит два сайта связывания внутри, что позволяет одной молекуле импортина α взаимодействовать с двумя однокомпонентными белками, содержащими NLS, или одним двухкомпонентным белком NLS. [5]
С-концевой домен импортина α, включающий десятый повтор ARM, отвечает за взаимодействие с экспортином CAS, другим белком кариоферина, который функционирует в рециркуляции импортина α из ядра обратно в цитоплазму клетки. Ассоциация этого домена связывания экспортина CAS зависит от Ran-GTP, а гидролиз GTP приводит к диссоциации импортина α из комплекса экспортина CAS-Ran. [3]
Связывание NLS с доменом ARM и, таким образом, формирование импортного комплекса регулируется доменом IBB импортина α. Домен IBB молекул импортина α содержит много основных аминокислотных остатков, подобных тем, которые встречаются в последовательностях NLS. [4] Это сходство в структуре приводит к способности домена IBB складываться внутрь и занимать сайты связывания NLS, когда нет молекулы импортина β, связанной с импортином α. Этот механизм автоингибирования не позволяет импортину α связывать белки, содержащие NLS, если только уже нет связанного импортина β, гарантируя, что связывание не произойдет до того, как будут доступны все необходимые механизмы импорта. [6] Из-за этого импортин α сам по себе имеет довольно низкое сродство к последовательностям NLS, а более высокое сродство к NLS наблюдается, когда присутствуют как импортин α, так и импортин β. [7]
Основная функция импортина α заключается в его роли в ядерном импорте белков, содержащих последовательность NLS. [2] Ядерный импорт через путь импортина α можно суммировать следующим шестишаговым циклом: [3]
Хотя этот процесс ядерного импорта составляет большую часть функциональной роли белков импортина α, было показано, что импортин α опосредует несколько других важных функций, включая гаметогенез, развитие, реакцию на тепловой шок, деградацию белка и инфицирование вирусным патогеном. [3] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16]
Было показано, что гаметогенез во многом зависит от белков импортина α несколькими различными способами. Животные модели с использованием Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster и млекопитающих более высокого порядка показали, что импортин α в изобилии присутствует в развивающихся гаметах, а мутации, вызывающие функциональные изменения, могут привести к дефектам гамет и бесплодию. [3] [8] [10] [12] [13] В моделях крупного рогатого скота было показано, что нокаут генов, кодирующих импортин α, предотвращает развитие оплодотворенных эмбрионов до стадии бластоцисты, тем самым предотвращая правильное эмбриональное развитие и приводя к гибели организма. [11] Импортин α также участвует в развитии реакции на тепловой шок у эмбрионов Drosophila . [9] Кроме того, было показано, что импорт импортина α регулирует функцию протеазы, включая функцию Taspase1, деградатора белков лейкемии. [13]
В целом становится ясно, что белки импортина α абсолютно необходимы для правильного функционирования клеток, а мутации этих белков могут иметь множество катастрофических и потенциально смертельных последствий.
Исследования связывают импортин α с распознаванием и импортом некоторых вирусных нуклеопротеинов, включая нуклеопротеины вируса гриппа А. [15] Было обнаружено, что вирус гриппа А получает доступ к этому механизму хозяина через последовательность, подобную NLS, по направлению к N-концу вирусного нуклеопротеина, который может быть распознан белками класса импортина α. Эта последовательность встречается в первых 20 аминокислотных позициях вирусного нуклеопротеина и содержит кластеры основных аминокислот, очень похожие на те, которые обнаруживаются в последовательностях NLS хозяина и домене импортина α IBB. Из-за этого структурного сходства вирусный нуклеопротеин гриппа А может импортироваться в ядро своего хозяина и брать на себя репликационный аппарат для размножения. Известно, что вирус иммунодефицита обезьян (SIV) также использует путь импортина α через последовательность, подобную NLS. [16]