Ядерный транспорт относится к механизмам, с помощью которых молекулы перемещаются через ядерную мембрану клетки. Вход и выход крупных молекул из ядра клетки жестко контролируется комплексами ядерных пор (NPC). Хотя небольшие молекулы могут проникать в ядро без регуляции, [1] макромолекулы, такие как РНК и белки, требуют ассоциации с транспортными факторами, известными как ядерные транспортные рецепторы , такими как кариоферины , называемые импортинами , для входа в ядро и экспортины для выхода. [2] [3]
Белок, который должен быть импортирован в ядро из цитоплазмы, несет сигналы ядерной локализации (NLS), которые связываются импортинами . NLS — это последовательность аминокислот, которая действует как метка. Чаще всего они представляют собой гидрофильные последовательности, содержащие остатки лизина и аргинина , хотя документально подтверждены разнообразные последовательности NLS. [1] Белки, транспортная РНК и собранные рибосомальные субъединицы экспортируются из ядра благодаря ассоциации с экспортинами, которые связывают сигнальные последовательности, называемые сигналами ядерного экспорта (NES). Способность как импортинов, так и экспортинов транспортировать свой груз регулируется Ran small G-белком .
G-белки представляют собой ферменты ГТФазы , которые связываются с молекулой, называемой гуанозинтрифосфатом (ГТФ), которую они затем гидролизуют с образованием гуанозиндифосфата (ГДП) и высвобождают энергию. Ферменты RAN существуют в двух нуклеотидсвязанных формах: GDP-связанной и GTP-связанной. В состоянии, связанном с GTP, Ran способен связывать импортины и экспортины . Импортины высвобождают груз при связывании с RanGTP, тогда как экспортины должны связывать RanGTP, чтобы сформировать тройной комплекс со своим экспортным грузом. Состояние доминантного связывания нуклеотидов Ran зависит от того, расположен ли он в ядре (RanGTP) или цитоплазме (RanGDP).
Ядерный экспорт грубо меняет процесс импорта; в ядре экспортин связывает груз и Ran-GTP и диффундирует через пору в цитоплазму, где комплекс диссоциирует. Ran-GTP связывает GAP и гидролизует GTP, и образующийся комплекс Ran-GDP восстанавливается в ядре, где он обменивает связанный лиганд на GTP. Следовательно, в то время как импортины зависят от RanGTP для диссоциации от своего груза, экспортинам требуется RanGTP для связывания со своим грузом. [4]
Специализированный белок-экспортер мРНК перемещает зрелую мРНК в цитоплазму после завершения посттранскрипционной модификации. Этот процесс транслокации активно зависит от белка Ran, хотя конкретный механизм еще недостаточно изучен. Некоторые особенно часто транскрибируемые гены физически расположены вблизи ядерных пор, чтобы облегчить процесс транслокации. [5]
Экспорт тРНК также зависит от различных модификаций, которым она подвергается, что предотвращает экспорт неправильно функционирующей тРНК. Этот механизм контроля качества важен из-за центральной роли тРНК в трансляции, где она участвует в добавлении аминокислот к растущей пептидной цепи. Экспортер тРНК у позвоночных называется экспортин-т . Экспортин-t напрямую связывается со своим грузом тРНК в ядре, и этому процессу способствует присутствие RanGTP. Мутации, влияющие на структуру тРНК, подавляют ее способность связываться с экспортином-т и, как следствие, экспортировать его, предоставляя клетке еще один этап контроля качества. [6] Как описано выше, как только комплекс пересекает оболочку, он диссоциирует и высвобождает груз тРНК в цитозоль.
Известно, что многие белки имеют как NES, так и NLS и, таким образом, постоянно перемещаются между ядром и цитозолем. В некоторых случаях один из этих этапов (т. е. ядерный импорт или ядерный экспорт) регулируется, часто посредством посттрансляционных модификаций .
Ядерный импорт ограничивает распространение крупных белков, экспрессируемых в волокнах скелетных мышц и, возможно, других синцитиальных тканях, поддерживая локализованную экспрессию генов в определенных ядрах. [7] Сочетание NES и NLS способствует распространению крупных белков к более отдаленным ядрам мышечных волокон. [8]
Перемещение белков можно оценить с помощью анализа слияния гетерокарионов . [9]