stringtranslate.com

Последовательность ядерной локализации

Сигнал или последовательность ядерной локализации ( NLS ) представляет собой аминокислотную последовательность, которая «маркирует» белок для импорта в ядро ​​клетки посредством ядерного транспорта . [1] Обычно этот сигнал состоит из одной или нескольких коротких последовательностей положительно заряженных лизинов или аргининов, экспонированных на поверхности белка. [1] Различные белки ядерной локализации могут совместно использовать один и тот же NLS. [1] NLS имеет противоположную функцию сигнала ядерного экспорта (NES), который нацеливает белки из ядра.

Типы

Классическая

Эти типы NLS можно далее классифицировать как однокомпонентные или двухкомпонентные. Основные структурные различия между ними заключаются в том, что два основных аминокислотных кластера в двухкомпонентных NLS разделены относительно короткой спейсерной последовательностью (отсюда двухкомпонентный - 2 части), в то время как однокомпонентные NLS не разделены. Первым обнаруженным NLS была последовательность PKKKRKV в большом T-антигене SV40 (однокомпонентный NLS). [2] NLS нуклеоплазмина , KR[PAATKKAGQA]KKKK, является прототипом повсеместного двухкомпонентного сигнала: два кластера основных аминокислот, разделенных спейсером примерно из 10 аминокислот. [3] Оба сигнала распознаются импортином α . Импортин α содержит сам двухкомпонентный NLS, который специфически распознается импортином β . Последний можно считать фактическим посредником импорта.

Чельский и др . предложили консенсусную последовательность KK/RXK/R для однокомпонентных NLS. [3] Последовательность Чельского может, таким образом, быть частью нижестоящего основного кластера двухкомпонентного NLS. Макка и др . провели сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации T-антигена SV40 (однокомпонентный), C-myc (однокомпонентный) и нуклеоплазмина (двукомпонентный) и показали аминокислотные особенности, общие для всех трех. Впервые была показана роль нейтральных и кислых аминокислот в содействии эффективности NLS. [4]

Ротелло и др . сравнили эффективность ядерной локализации eGFP-слитых NLS большого T-антигена SV40, нуклеоплазмина (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) и TUS-белка (KLKIKRPVK) посредством быстрой внутриклеточной доставки белка. Они обнаружили значительно более высокую эффективность ядерной локализации c-Myc NLS по сравнению с NLS SV40. [5]

Неклассический

Существует много других типов NLS, таких как кислый домен M9 hnRNP A1, последовательность KIPIK в репрессоре транскрипции дрожжей Matα2 и сложные сигналы U snRNP. Большинство из этих NLS, по-видимому, распознаются непосредственно специфическими рецепторами семейства импортина β без вмешательства импортина α-подобного белка. [6]

Сигнал, который, по-видимому, является специфическим для массово производимых и транспортируемых рибосомальных белков [7] [8], по-видимому, исходит от специализированного набора импортных ядерных рецепторов, подобных импортину β. [9]

Недавно был предложен класс NLS, известных как PY-NLS, первоначально Ли и др. [10] Этот мотив PY-NLS, названный так из-за спаривания в нем аминокислот пролина и тирозина , позволяет белку связываться с импортином β2 (также известным как транспортин или кариоферин β2), который затем транслоцирует белок-груз в ядро. Была определена структурная основа для связывания PY-NLS, содержащегося в импортине β2, и разработан ингибитор импорта. [11]

Открытие

Наличие ядерной мембраны, которая изолирует клеточную ДНК , является определяющей чертой эукариотических клеток . Таким образом, ядерная мембрана отделяет ядерные процессы репликации ДНК и транскрипции РНК от цитоплазматического процесса производства белка. Белки, необходимые в ядре, должны направляться туда каким-то механизмом. Первое прямое экспериментальное исследование способности ядерных белков накапливаться в ядре было проведено Джоном Гердоном, когда он показал, что очищенные ядерные белки накапливаются в ядре ооцитов лягушки ( Xenopus ) после микроинъекции в цитоплазму. Эти эксперименты были частью серии, которая впоследствии привела к исследованиям ядерного перепрограммирования, непосредственно связанным с исследованиями стволовых клеток.

Наличие нескольких миллионов поровых комплексов в ядерной мембране ооцита и тот факт, что они, по-видимому, пропускают множество различных молекул (инсулин, бычий сывороточный альбумин, золотые наночастицы ), привели к мнению, что поры представляют собой открытые каналы, а ядерные белки свободно проникают в ядро ​​через поры и должны накапливаться, связываясь с ДНК или каким-либо другим ядерным компонентом. Другими словами, считалось, что не существует какого-либо специфического транспортного механизма.

Эта точка зрения была показана неверной Дингуоллом и Ласки в 1982 году. Используя белок под названием нуклеоплазмин, архетипический « молекулярный шаперон », они идентифицировали домен в белке, который действует как сигнал для проникновения в ядро. [12] Эта работа стимулировала исследования в этой области, и два года спустя первый NLS был идентифицирован в большом Т-антигене SV40 (или SV40, для краткости). Однако функциональный NLS не мог быть идентифицирован в другом ядерном белке просто на основе сходства с NLS SV40. Фактически, только небольшой процент клеточных (невирусных) ядерных белков содержал последовательность, похожую на NLS SV40. Детальное исследование нуклеоплазмина идентифицировало последовательность с двумя элементами, состоящими из основных аминокислот, разделенных спейсерным плечом. Один из этих элементов был похож на NLS SV40, но не мог направить белок в ядро ​​клетки при присоединении к неядерному репортерному белку. Оба элемента необходимы. [13] Этот тип NLS стал известен как двудольный классический NLS. Двудольный NLS, как теперь известно, представляет собой основной класс NLS, обнаруженных в клеточных ядерных белках [14] , а структурный анализ выявил, как сигнал распознается рецепторным белком (импортином α ) [15] (структурная основа некоторых однодольных NLS также известна [16] ). Многие молекулярные детали импорта ядерного белка теперь известны. Это стало возможным благодаря демонстрации того, что импорт ядерного белка является двухэтапным процессом; ядерный белок связывается с ядерным поровым комплексом в процессе, который не требует энергии. За этим следует энергозависимая транслокация ядерного белка через канал порового комплекса. [17] [18] Установив наличие двух отдельных этапов в этом процессе, была установлена ​​возможность идентификации вовлеченных факторов, что привело к идентификации семейства импортиновых рецепторов NLS и ГТФазы Ran .

Механизм ядерного импорта

Белки проникают в ядро ​​через ядерную оболочку. Ядерная оболочка состоит из концентрических мембран, внешней и внутренней. Внутренняя и внешняя мембраны соединяются в нескольких местах, образуя каналы между цитоплазмой и нуклеоплазмой. Эти каналы заняты комплексами ядерных пор (NPC), сложными многобелковыми структурами, которые опосредуют транспорт через ядерную мембрану.

Белок, транслируемый с помощью NLS, будет прочно связываться с импортином (он же кариоферин ), и вместе этот комплекс будет перемещаться через ядерную пору. В этот момент Ran-GTP свяжется с комплексом импортин-белок, и его связывание приведет к тому, что импортин потеряет сродство к белку. Белок высвобождается, и теперь комплекс Ran-GTP/импортин будет перемещаться обратно из ядра через ядерную пору. Активирующий GTPase белок (GAP) в цитоплазме гидролизует Ran-GTP до GDP, и это вызывает конформационное изменение в Ran, в конечном итоге снижая его сродство к импортину. Импорт высвобождается, и Ran-GDP возвращается обратно в ядро, где фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) обменивает свой GDP обратно на GTP.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Махато, Рам И.; Смит, Луис К.; Роллан, Ален (1999-01-01), Холл, Джеффри К.; Данлэп, Джей К.; Фридман, Теодор; Джанелли, Франческо (ред.), Фармацевтические перспективы невирусной генной терапии, Достижения в генетике, т. 41, Academic Press, стр. 95–156, doi :10.1016/s0065-2660(08)60152-2, ISBN 9780120176410, PMID  10494618 , получено 2020-12-17
  2. ^ Kalderon D, Roberts BL, Richardson WD, Smith AE (1984). «Короткая аминокислотная последовательность, способная указать местоположение в ядре». Cell . 39 (3 Pt 2): 499–509. doi :10.1016/0092-8674(84)90457-4. PMID  6096007. S2CID  42354737.
  3. ^ ab Dingwall C, Robbins J, Dilworth SM, Roberts B, Richardson WD (сентябрь 1988 г.). «Последовательность расположения нуклеоплазмина в ядре больше и сложнее, чем у большого антигена T SV-40». J. Cell Biol . 107 (3): 841–9. doi :10.1083/jcb.107.3.841. PMC 2115281. PMID  3417784 . 
  4. ^ Makkerh JP, Dingwall C, Laskey RA (август 1996). «Сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации выявляет важность нейтральных и кислых аминокислот». Curr. Biol . 6 (8): 1025–7. Bibcode : 1996CBio....6.1025M. doi : 10.1016/S0960-9822(02)00648-6 . PMID  8805337.
  5. ^ Ray M, Tang R, Jiang Z, Rotello VM (2015). «Количественное отслеживание перемещения белков в ядро ​​с использованием доставки цитозольных белков с помощью нанокапсул, стабилизированных наночастицами». Bioconjug. Chem. 26 (6): 1004–7. doi :10.1021/acs.bioconjchem.5b00141. PMC 4743495 . PMID  26011555.  
  6. ^ Mattaj IW, Englmeier L (1998). «Ядерно-цитоплазматический транспорт: растворимая фаза». Annu Rev Biochem . 67 (1): 265–306. doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.265 . PMID  9759490.
  7. ^ Timmers AC, Stuger R, Schaap PJ, van 't Riet J, Raué HA (июнь 1999). "Ядерная и ядрышковая локализация рибосомальных белков S22 и S25 Saccharomyces cerevisiae". FEBS Lett . 452 (3): 335–40. Bibcode : 1999FEBSL.452..335T. doi : 10.1016/S0014-5793(99)00669-9 . PMID  10386617.
  8. ^ Гарретт Р.А., Даутвейт С.Р., Мэтисон А.Т., Мур П.Б., Ноллер Х.Ф. (2000). Рибосома: структура, функции, антибиотики и клеточные взаимодействия. АСМ Пресс. ISBN 978-1-55581-184-6.
  9. ^ Rout MP, Blobel G, Aitchison JD (май 1997). «Отдельный путь ядерного импорта, используемый рибосомальными белками». Cell . 89 (5): 715–25. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80254-8 . PMID  9182759.
  10. ^ Lee BJ, Cansizoglu AE, Süel KE, Louis TH, Zhang Z, Chook YM (август 2006 г.). «Правила распознавания последовательностей ядерной локализации кариоферином бета 2». Cell . 126 (3): 543–58. doi :10.1016/j.cell.2006.05.049. PMC 3442361 . PMID  16901787. 
  11. ^ Cansizoglu AE, Lee BJ, Zhang ZC, Fontoura BM, Chook YM (май 2007 г.). «Структурно-ориентированное проектирование ингибитора ядерного импорта, специфичного для определенного пути». Nature Structural & Molecular Biology . 14 (5): 452–4. doi :10.1038/nsmb1229. PMC 3437620. PMID 17435768  . 
  12. ^ Dingwall C, Sharnick SV, Laskey RA (сентябрь 1982 г.). «Полипептидный домен, определяющий миграцию нуклеоплазмина в ядро». Cell . 30 (2): 449–58. doi :10.1016/0092-8674(82)90242-2. PMID  6814762. S2CID  39465973.
  13. ^ Dingwall C, Laskey RA (декабрь 1991 г.). «Ядерные последовательности нацеливания — консенсус?». Trends in Biochemical Sciences . 16 (12): 478–81. doi :10.1016/0968-0004(91)90184-W. PMID  1664152.
  14. ^ Янагава, Хироши; Томита, Масару; Миямото-Сато, Эцуко; Такашима, Хидеаки; Мацумура, Нобутака; Хасебе, Масако; Косуги, Шуничи (2 января 2009 г.). «Шесть классов сигналов ядерной локализации, специфичных для различных канавок связывания импортина α». Журнал биологической химии . 284 (1): 478–485. дои : 10.1074/jbc.M807017200 . ISSN  0021-9258. ПМИД  19001369.
  15. ^ Conti E, Kuriyan J (март 2000). «Кристаллографический анализ специфического, но универсального распознавания различных сигналов ядерной локализации кариоферином альфа». Структура . 8 (3): 329–38. doi : 10.1016/s0969-2126(00)00107-6 . PMID  10745017.
  16. ^ Conti E, Uy M, Leighton L, Blobel G, Kuriyan J (июль 1998). «Кристаллографический анализ распознавания сигнала ядерной локализации ядерным фактором импорта кариоферином альфа». Cell . 94 (2): 193–204. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81419-1 . PMID  9695948.
  17. ^ Dingwall C, Robbins J, Dilworth SM, Roberts B, Richardson WD (сентябрь 1988 г.). «Последовательность расположения нуклеоплазмина в ядре больше и сложнее, чем у большого антигена T SV-40». The Journal of Cell Biology . 107 (3): 841–9. doi :10.1083/jcb.107.3.841. PMC 2115281 . PMID  3417784. 
  18. ^ Newmeyer DD, Forbes DJ (март 1988). «Ядерный импорт можно разделить на отдельные этапы in vitro: связывание ядерной поры и транслокация». Cell . 52 (5): 641–53. doi :10.1016/0092-8674(88)90402-3. PMID  3345567. S2CID  45889419.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки