Ядерный транспорт относится к механизмам, посредством которых молекулы перемещаются через ядерную мембрану клетки. Вход и выход крупных молекул из ядра клетки строго 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 , например, кариоферины, называемые импортинами, для входа в ядро и экспортины для выхода. [2] [3]
Белки, которые должны быть импортированы в ядро из цитоплазмы, несут сигналы ядерной локализации (NLS), которые связываются импортинами . NLS — это последовательность аминокислот, которая действует как метка. Чаще всего это гидрофильные последовательности, содержащие остатки лизина и аргинина , хотя были задокументированы и различные последовательности NLS. [1] Белки, транспортная РНК и собранные рибосомные 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 малым G-белком Ran .
G-белки — это ферменты ГТФазы , которые связываются с молекулой, называемой гуанозинтрифосфатом (ГТФ), которую они затем гидролизуют , чтобы создать гуанозиндифосфат (ГДФ) и высвободить энергию. Ферменты RAN существуют в двух формах, связанных с нуклеотидами: GDP-связанная и GTP-связанная. В своем GTP-связанном состоянии Ran способен связывать импортины и экспортины . Импортины высвобождают груз при связывании с RanGTP, в то время как экспортины должны связывать RanGTP, чтобы сформировать тройной комплекс со своим экспортным грузом. Доминирующее состояние связывания нуклеотидов Ran зависит от того, находится ли он в ядре (RanGTP) или цитоплазме (RanGDP).
Ядерный экспорт примерно обращает 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 полученный комплекс Ran-GDP восстанавливается в ядре, где он обменивает свой 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 не до конца 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, тем самым предотвращая 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-т связывается непосредственно со своим грузом тРНК в ядре, процесс, стимулируемый присутствием RanGTP. Мутации, которые влияют на структуру тРНК, подавляют ее способность связываться с экспортином-т и, следовательно, экспортироваться, предоставляя клетке еще один шаг 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 шагов (т. е. ядерный импорт или ядерный экспорт) регулируется, часто посттрансляционными модификациями .
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 как NES, так и NLS способствует распространению крупных белков в более отдаленные ядра в мышечных волокнах. [8]
Перемещение белков можно оценить с помощью анализа слияния гетерокарионов . [9]