Импортин α - Importin α

Импортин альфа, или же кариоферин альфа относится к классу адаптера белки которые участвуют в импорте белков в ядро клетки. Они являются подсемейством кариоферин белки.[1]

Импортин α, как известно, связывается с сигнал ядерной локализации (NLS) последовательность ядер-мишеней белков.[2] После этого распознавания импортин α связывает белок с импортином β, который транспортирует NLS-содержащий 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 конъюгации друг с другом, а связаны только для процессов клеточного импорта, таким образом, белки импортина α составляют независимый класс адаптерных белков.

Структура

Импортин α представляет собой небольшой белок, состоящий из трех функционально различных доменов: домена IBB, домена ARM и домена связывания экспортина CAS.[3]

N-концевая область белков состоит из импортин-β-связывающего домена или IBB. Эта область белка отвечает за взаимодействие с импортином β.[3] Эта область была описана как серия из по меньшей мере 41 незаменимого аминокислотного остатка, в частности, положений 10-50 белка. Было показано, что удаление одной из этих аминокислот снижает активность ядерного импорта примерно на 50%. Более крупные делеции коррелируют с еще большей потерей 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 броненосных повторов, или ARM, повторов. Централизованный домен ARM, состоящий из девяти повторов ARM, отвечает за регулирование связывания NLS для прямого взаимодействия с белками-мишенями ядра.[3] Эти повторы ARM распознают основные остатки, характерные для последовательностей NLS. Последовательности NLS могут быть одночастными (один кластер основных аминокислот) или двудольными (два кластера основных аминокислот с линкерной последовательностью). Домен ARM содержит два сайта связывания внутри, позволяя одной молекуле импортина α взаимодействовать с двумя одночастными NLS-содержащими белками или одним двудольным белком NLS.[5]

С-концевой домен импортина α, который включает 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 экспортного CAS-связывающего домена является Ran-GTP-зависимой, и гидролиз GTP приводит к диссоциации импортина α от комплекса экспортина CAS-Ran.[3]

Связывание NLS с доменом ARM и, таким образом, образование комплекса импорта регулируется доменом IBB импортина α. Домен IBB молекул импортина α содержит много основных аминокислотных остатков, подобных тем, которые обнаруживаются 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 предотвращает связывание импортином α белков, содержащих NLS, если уже не существует ассоциированного импортина β, гарантируя, что связывание не произойдет до того, как будет доступен весь необходимый механизм импорта.[6] Из-за этого один только импортин α имеет довольно низкое сродство к последовательностям NLS, а более высокое сродство к NLS наблюдается, когда присутствуют как импортин α, так и импортин β.[7]

Функции

Основная функция импортина α - это его роль в ядерном импорте белков, содержащих последовательность NLS.[2] Ядерный импорт через путь Importin α можно резюмировать с помощью следующего шестиступенчатого цикла:[3]

  1. ARM-повторы свободного импортина α в цитоплазме связывают NLS ядер-мишеней, в то время как домен IBB одновременно присоединяется к белку импортина β, образуя тройной комплекс.
  2. Тройной комплекс связан в стыковочном узле на Ядерном поровом комплексе (NPC).
  3. Импортин β обеспечивает транспорт через ядерную оболочку
  4. Тройной комплекс диссоциирует за счет связывания импортина β с Ran-GTP.
  5. Свободный импортин α образует экспортный комплекс вместе с экспортином CAS и Ran-GTP и транспортируется из ядра.
  6. GTP гидролизуется, и экспортный комплекс диссоциирует, высвобождая свободный импортин α в цитоплазму.

Хотя этот процесс ядерного импорта действительно составляет большую часть функциональной роли белков импортина α, было показано, что некоторые другие важные функции опосредуются импортином α, включая гаметогенез, развитие, реакцию теплового шока, деградацию белка и инфекцию вирусных патогенов.[3][8][9][10][11][12][13][14][15][16]

Было показано, что на гаметогенез большое влияние оказывают белки importin α множеством различных способов. Модели животных с использованием Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, и организмы млекопитающих более высокого порядка показали, что импортин α в изобилии присутствует в развивающихся гаметах, а мутации, которые вызывают функциональные изменения, могут привести к дефектам гамет и бесплодию.[3][8][10][12][13] На моделях крупного рогатого скота было показано, что нокаут генов, кодирующих импортин α, предотвращает развитие оплодотворенных эмбрионов до стадии бластоцисты, таким образом предотвращая правильное эмбриональное развитие и приводя к гибели организма.[11] Импортин α также участвует в развитии ответа на тепловой шок у Дрозофила эмбрионы.[9] Кроме того, было показано, что импорт импортина α регулирует функцию протеаз, в том числе Taspase1, разрушителя лейкозных белков.[13]

Взятые вместе, ясно, что белки импортина α абсолютно необходимы для правильного функционирования клеток, и мутации этих белков могут иметь множество катастрофических и потенциально летальных последствий.

Роль в вирусной патогенности

Исследования связывают импортин α с распознаванием и импортом некоторых вирусных нуклеопротеидов, в том числе вируса гриппа А.[15] Грипп A является уникальным патогеном, так как он использует клеточный аппарат хозяина для выполнения генетической репликации и, следовательно, должен иметь механизм для проникновения в ядро ​​для выполнения этой репликации. Было обнаружено, что вирус гриппа A получает доступ к этому аппарату хозяина через NLS-подобную последовательность по направлению к N-концу вирусного нуклеопротеина, который может распознаваться белками класса импортина α. Эта последовательность находится в первых 20 аминокислотных положениях вирусного нуклеопротеина и содержит кластеры основных аминокислот, очень похожие на те, которые обнаруживаются в последовательностях NLS хозяина и в домене IBB импортина α. Из-за такого структурного сходства вирусный нуклеопротеин гриппа A может импортироваться в ядро ​​своего хозяина и брать на себя репликационный аппарат для пролиферации. Вирус иммунодефицита обезьян (SIV) также известен тем, что использует путь импортина α через NLS-подобную последовательность.[16]

Рекомендации

  1. ^ Келер, Маттиас; Спек, Кристиан; Кристиансен, Маррет; Бишофф, Ф. Ральф; Прен, Зигфрид; Халлер, Германн; Герлих, Дирк; Хартманн, Энно (1 ноября 1999 г.). «Доказательства отчетливой субстратной специфичности членов семейства Importin α в импорте ядерного белка». Молекулярная и клеточная биология. 19 (11): 7782–7791. Дои:10.1128 / MCB.19.11.7782. ISSN  0270-7306. ЧВК  84838. PMID  10523667.
  2. ^ а б Морояну, Дж; Blobel, G; Раду, А. (14 марта 1995 г.). «Ранее идентифицированный белок с неопределенной функцией - это кариоферин альфа и вместе с кариоферином бета доки импортируют субстрат в комплексы ядерных пор». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 92 (6): 2008–2011. Bibcode:1995 ПНАС ... 92 2008M. Дои:10.1073 / пнас.92.6.2008. ISSN  0027-8424. ЧВК  42412. PMID  7892216.
  3. ^ а б c d е ж грамм час Гольдфарб, Дэвид С .; Корбетт, Анита Х .; Мейсон, Д. Адам; Харреман, Мишель Т .; Адам, Стивен А. (2004). «Импортин α: многоцелевой рецептор ядерного транспорта». Тенденции в клеточной биологии. 14 (9): 505–514. Дои:10.1016 / j.tcb.2004.07.016. PMID  15350979.
  4. ^ а б Görlich, D; Henklein, P; Ласки, Р. А.; Хартманн, Э (15 апреля 1996 г.). «Мотив из 41 аминокислоты в импортине-альфа обеспечивает связывание с импортином-бета и, следовательно, транзит в ядро». Журнал EMBO. 15 (8): 1810–1817. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1996.tb00530.x. ISSN  0261-4189. ЧВК  450097. PMID  8617226.
  5. ^ Ланге, Эллисон; Миллс, Райан Э .; Ланге, Кристофер Дж .; Стюарт, Мюррей; Дивайн, Скотт Э .; Корбетт, Анита Х. (23 февраля 2007 г.). «Классические сигналы ядерной локализации: определение, функция и взаимодействие с импортином α». Журнал биологической химии. 282 (8): 5101–5105. Дои:10.1074 / jbc.R600026200. ISSN  0021-9258. ЧВК  4502416. PMID  17170104.
  6. ^ Кобе, Бостьян (1 апреля 1999 г.). «Автоингибирование сигналом внутренней ядерной локализации, обнаруженное кристаллической структурой импортина α млекопитающих». Структурная и молекулярная биология природы. 6 (4): 388–397. Дои:10.1038/7625. ISSN  1072-8368. PMID  10201409. S2CID  20026752.
  7. ^ Морояну, Дж; Blobel, G; Раду, А. (25 июня 1996 г.). «Сайт связывания кариоферина альфа для кариоферина бета перекрывается с последовательностью ядерной локализации». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 93 (13): 6572–6576. Bibcode:1996ПНАС ... 93.6572М. Дои:10.1073 / пнас.93.13.6572. ISSN  0027-8424. ЧВК  39066. PMID  8692858.
  8. ^ а б Джарре, Марианна; Торок, Иштван; Шмитт, Рольф; Горьянац, Матьяш; Поцелуй, Иштван; Мехлер, Бернард М. (1 октября 2002 г.). «Паттерны экспрессии importin-α во время сперматогенеза Drosophila». Журнал структурной биологии. 140 (1–3): 279–290. Дои:10.1016 / S1047-8477 (02) 00543-9. PMID  12490175.
  9. ^ а б Фанг, Сян-дон; Чен, Тяньксин; Тран, Ким; Паркер, Карл С. (1 сентября 2001 г.). «Развитие регуляции реакции на тепловой шок ядерным транспортным фактором кариоферин-α3». Разработка. 128 (17): 3349–3358. ISSN  0950-1991. PMID  11546751.
  10. ^ а б Гелес, К. Г .; Адам, С. А. (15 мая 2001 г.). «Зародышевые линии и роль в развитии фактора ядерного транспорта importin (α) 3 в C. elegans». Разработка. 128 (10): 1817–1830. ISSN  0950-1991. PMID  11311162.
  11. ^ а б Теджомуртула, Джьотсна; Ли, Кён-Бон; Tripurani, Swamy K .; Смит, Джордж У .; Яо, Цзяньбо (1 августа 2009 г.). «Роль Importin Alpha8, нового члена семейства Importin Alpha ядерных транспортных белков, в раннем эмбриональном развитии крупного рогатого скота». Биология размножения. 81 (2): 333–342. Дои:10.1095 / биолрепрод.109.077396. ISSN  0006-3363. PMID  19420384.
  12. ^ а б Ясухара, Норико; Ямагиши, Рёске; Араи, Ёсиюки; Мехмуд, Рашид; Кимото, Тихиро; Фудзита, Тошихару; Тома, Кеничи; Канеко, Азуми; Камикава, Ясунао (2013). «Подтипы импортина альфа определяют локализацию дифференциального транскрипционного фактора в поддержании эмбриональных стволовых клеток». Клетка развития. 26 (2): 123–135. Дои:10.1016 / j.devcel.2013.06.022. PMID  23906064.
  13. ^ а б c Hogarth, Cathryn A .; Каланни, Софина; Янс, Дэвид А .; Лавленд, Кейт Л. (1 января 2006 г.). «МРНК импортина α имеют различные профили экспрессии во время сперматогенеза». Динамика развития. 235 (1): 253–262. Дои:10.1002 / dvdy.20569. ISSN  1097-0177. PMID  16261624.
  14. ^ Бир, Кэролин; Knauer, Shirley K .; Доктер, Доминик; Шнайдер, Гюнтер; Кремер, Оливер Х .; Стаубер, Роланд Х. (1 июня 2011 г.). «Переключатель Importin-Alpha / Nucleophosmin контролирует функцию протеазы Taspase1». Трафик. 12 (6): 703–714. Дои:10.1111 / j.1600-0854.2011.01191.x. ISSN  1600-0854. PMID  21418451.
  15. ^ а б Wang, P .; Palese, P .; О'Нил, Р. Э. (1 марта 1997 г.). «Сайт связывания NPI-1 / NPI-3 (кариоферин альфа) на нуклеопротеине NP вируса гриппа a представляет собой нетрадиционный сигнал ядерной локализации». Журнал вирусологии. 71 (3): 1850–1856. Дои:10.1128 / JVI.71.3.1850-1856.1997. ISSN  0022-538X. ЧВК  191255. PMID  9032315.
  16. ^ а б Сингхал, Прабхат К .; Кумар, П. Раджендра; Рао, Малиредди Р. К. Субба; Кьясани, Махеш; Махалингам, Сундарасами (1 января 2006 г.). «Вирус иммунодефицита обезьян Vpx импортируется в ядро ​​через импортные альфа-зависимые и -независимые пути». Журнал вирусологии. 80 (1): 526–536. Дои:10.1128 / JVI.80.1.526-536.2006. ISSN  0022-538X. ЧВК  1317556. PMID  16352576.