Последовательность ядерной локализации - Nuclear localization sequence

А сигнал ядерной локализации или последовательность (NLS) является аминокислота последовательность, которая «маркирует» белок для импорта в ядро клетки от ядерный транспорт. Обычно этот сигнал состоит из одной или нескольких коротких последовательностей положительно заряженных лизинов или аргининов, экспонированных на поверхности белка. Различные локализованные в ядре белки могут иметь один и тот же NLS. NLS выполняет противоположную функцию сигнал ядерного экспорта (NES), который нацелен на белки из ядра.

Типы

Классический

Эти типы NLS могут быть далее классифицированы как одно- или двудольные. Основное структурное различие между ними состоит в том, что два основных аминокислотных кластера в двудольных NLS разделены относительно короткой спейсерной последовательностью (следовательно, двудольными - 2 части), в то время как одночастные NLS - нет. Первым обнаруженным NLS была последовательность PKKKRKV в SV40 Большой Т-антиген (односторонний NLS).[1] NLS нуклеоплазмин, KR [PAATKKAGQA] KKKK, является прототипом вездесущего двудольного сигнала: два кластера основных аминокислот, разделенных спейсером из примерно 10 аминокислот.[2] Оба сигнала распознаются импортин α. Импортин α сам содержит двудольный NLS, который определенно распознается импортин β. Последнюю можно считать фактическим посредником импорта.

Чельский и другие. предложили консенсусную последовательность K-K / R-X-K / R для одночастных NLS.[2] Следовательно, последовательность Чельского может быть частью нижележащего основного кластера двудольного NLS. Makkerh и другие. провели сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации Т-антигена SV40 (одночастный), C-myc (одночастный) и нуклеоплазмин (двухчастный) и выявили аминокислотные особенности, общие для всех трех. Впервые показана роль нейтральных и кислых аминокислот в повышении эффективности NLS.[3]

Ротелло и другие. сравнили эффективность ядерной локализации NLS, слитых с eGFP, большого Т-антигена SV40, нуклеоплазмина (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) и белка быстрой доставки KLK через внутриклеточный белок TUSIKP. Они обнаружили значительно более высокую эффективность ядерной локализации c-Myc NLS по сравнению с SV40 NLS.[4]

Неклассический

Существует много других типов NLS, таких как кислый домен M9 hnRNP A1, последовательность KIPIK в дрожжевом репрессоре транскрипции Matα2 и сложные сигналы U snRNPs. Большинство этих NLS, по-видимому, распознаются непосредственно специфическими рецепторами семейства importin β без вмешательства импортина α-подобного белка.[5]

Сигнал, который, по-видимому, специфичен для массово продуцируемых и транспортируемых рибосомных белков,[6][7] похоже, идет со специализированным набором импортин-β-подобных ядерных рецепторов импорта.[8]

Недавно был предложен класс NLS, известный как PY-NLS, первоначально Ли и другие.[9] Этот мотив PY-NLS, названный так из-за пролин -тирозин спаривание аминокислот в нем позволяет белку связываться с Импортин β2 (также известный как транспортин или кариоферин β2), который затем перемещает белок-груз в ядро. Структурная основа связывания PY-NLS, содержащегося в импортине β2, была определена и разработан ингибитор импорта.[10]

Открытие

Наличие ядерной мембраны, изолирующей клеточный ДНК это определяющая черта эукариотические клетки. Таким образом, ядерная мембрана разделяет ядерные процессы репликации ДНК и РНК транскрипция цитоплазматического процесса производства белка. Белки, необходимые в ядре, должны быть направлены туда каким-то механизмом. Первое прямое экспериментальное исследование способности ядерных белков накапливаться в ядре было проведено Джоном Гардоном, когда он показал, что очищенные ядерные белки накапливаются в ядре лягушки (Xenopus ) ооциты после микроинъекции в цитоплазму. Эти эксперименты были частью серии, которая впоследствии привела к исследованиям ядерного репрограммирования, имеющим непосредственное отношение к исследованиям стволовых клеток.

Наличие нескольких миллионов поровых комплексов в ооцит ядерная мембрана и тот факт, что они, по-видимому, допускают множество различных молекул (инсулин, бычий сывороточный альбумин, наночастицы золота), привели к мнению, что поры представляют собой открытые каналы, и ядерные белки свободно входят в ядро ​​через поры и должны накапливаться, связываясь с ДНК. или какой-то другой ядерный компонент. Другими словами, считалось, что не существует конкретного транспортного механизма.

Эта точка зрения была показана Дингуоллом и Ласки в 1982 году как ошибочная. Используя белок, называемый нуклеоплазмин, архетипический «молекулярный шаперон ’, Они идентифицировали домен в белке, который действует как сигнал для входа в ядро.[11] Эта работа стимулировала исследования в этой области, и два года спустя первый NLS был обнаружен в SV40 Большой Т-антиген (или для краткости SV40). Однако функциональный NLS не может быть идентифицирован в другом ядерном белке просто на основании сходства с NLS SV40. Фактически, только небольшой процент клеточных (невирусных) ядерных белков содержал последовательность, аналогичную SV40 NLS. Детальное исследование нуклеоплазмина позволило идентифицировать последовательность с двумя элементами, состоящими из основных аминокислот, разделенных спейсером. Один из этих элементов был похож на SV40 NLS, но не мог направлять белок в ядро ​​клетки при присоединении к неядерному репортерному белку. Оба элемента обязательны.[12] Этот вид NLS стал известен как двудольный классический NLS. В настоящее время известно, что двудольный NLS представляет собой основной класс NLS, обнаруженный в ядерных белках клетки.[13] а структурный анализ показал, как сигнал распознается рецептором (импортин α ) белок[14] (структурная основа некоторых одночастичных ЯУШ также известна[15]). Сейчас известны многие молекулярные детали импорта ядерного белка. Это стало возможным благодаря демонстрации того, что импорт ядерного белка представляет собой двухэтапный процесс; ядерный белок связывается с комплексом ядерных пор в процессе, не требующем энергии. За этим следует энергозависимая транслокация ядерного белка по каналу порового комплекса.[16][17] Установив наличие двух отдельных этапов в процессе, была установлена ​​возможность идентификации задействованных факторов, что привело к идентификации семейства импортиновых рецепторов NLS и GTPase Ран.

Механизм ядерного импорта

Белки проникают в ядро ​​через ядерную оболочку. Ядерная оболочка состоит из концентрических мембран, внешней и внутренней мембран. Внутренняя и внешняя мембраны соединяются в нескольких местах, образуя каналы между цитоплазмой и нуклеоплазмой. Эти каналы заняты ядерные поровые комплексы (NPC), сложные мультибелковые структуры, которые обеспечивают транспорт через ядерную мембрану.

Белок, транслируемый с помощью NLS, будет прочно связываться с импортин (он же кариоферин ), и вместе комплекс будет перемещаться через ядерную пору. В этот момент, Ран-ГТП будет связываться с комплексом импортин-белок, и его связывание вызовет потерю сродства импортина к белку. Белок высвобождается, и теперь комплекс Ran-GTP / импортин переместится обратно из ядра через ядерную пору. А Белок, активирующий ГТФазу (GAP) в цитоплазме гидролизует Ran-GTP в GDP, и это вызывает конформационные изменения в Ran, в конечном итоге снижая его сродство к importin. Импортин высвобождается, а Ran-GDP возвращается обратно в ядро, где Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (ГЭФ) обменивает свой ВВП обратно на GTP.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Калдерон Д., Робертс Б.Л., Ричардсон В.Д., Смит А.Е. (1984). «Короткая аминокислотная последовательность, способная определять расположение ядра». Ячейка. 39 (3 Pt 2): 499–509. Дои:10.1016/0092-8674(84)90457-4. PMID  6096007.
  2. ^ а б Дингуолл С., Роббинс Дж., Дилворт С.М., Робертс Б., Ричардсон В.Д. (сентябрь 1988 г.). «Последовательность расположения ядра нуклеоплазмина больше и сложнее, чем у большого Т-антигена SV-40». J. Cell Biol. 107 (3): 841–9. Дои:10.1083 / jcb.107.3.841. ЧВК  2115281. PMID  3417784.
  3. ^ Makkerh JP, Dingwall C, Laskey RA (август 1996). «Сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации показывает важность нейтральных и кислых аминокислот». Curr. Биол. 6 (8): 1025–7. Дои:10.1016 / S0960-9822 (02) 00648-6. PMID  8805337.
  4. ^ Рэй М., Тан Р, Цзян З, Ротелло В.М. (2015). «Количественное отслеживание доставки белка в ядро ​​с использованием цитозольной доставки белка с помощью нанокапсул, стабилизированных наночастицами». Биоконъюг. Chem. 26 (6): 1004–7. Дои:10.1021 / acs.bioconjchem.5b00141. ЧВК  4743495. PMID  26011555.
  5. ^ Маттай И. В., Энглмайер Л. (1998). «Нуклеоцитоплазматический транспорт: растворимая фаза». Анну Рев Биохим. 67 (1): 265–306. Дои:10.1146 / annurev.biochem.67.1.265. PMID  9759490.
  6. ^ Timmers AC, Stuger R, Schaap PJ, van 't Riet J, Raué HA (июнь 1999 г.). «Ядерная и ядрышковая локализация рибосомных белков Saccharomyces cerevisiae S22 и S25». FEBS Lett. 452 (3): 335–40. Дои:10.1016 / S0014-5793 (99) 00669-9. PMID  10386617.
  7. ^ Гарретт Р.А., Даусвейт С.Р., Матесон А.Т., Мур ПБ, Ноллер Х.Ф. (2000). Рибосома: структура, функция, антибиотики и клеточные взаимодействия. ASM Press. ISBN  978-1-55581-184-6.
  8. ^ Rout MP, Blobel G, Aitchison JD (май 1997 г.). «Особый ядерный путь импорта, используемый рибосомными белками». Ячейка. 89 (5): 715–25. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 80254-8. PMID  9182759.
  9. ^ Ли Би Джей, Джансизоглу А.Е., Сюэль К.Э., Луи Т.Х., Чжан Зи, Чук Ю.М. (август 2006 г.). "Правила распознавания последовательности ядерной локализации кариоферином бета 2". Ячейка. 126 (3): 543–58. Дои:10.1016 / j.cell.2006.05.049. ЧВК  3442361. PMID  16901787.
  10. ^ Чансизоглу А.Е., Ли Би Джей, Чжан З.С., Фонтоура Б.М., Чук Ю.М. (май 2007 г.). «Структурный дизайн пути-специфического ингибитора ядерного импорта». Структурная и молекулярная биология природы. 14 (5): 452–4. Дои:10.1038 / nsmb1229. ЧВК  3437620. PMID  17435768.
  11. ^ Дингуолл С., Шарник С.В., Ласки Р.А. (сентябрь 1982 г.). «Полипептидный домен, который определяет миграцию нуклеоплазмина в ядро». Ячейка. 30 (2): 449–58. Дои:10.1016/0092-8674(82)90242-2. PMID  6814762.
  12. ^ Дингуолл С., Ласки Р.А. (декабрь 1991 г.). «Последовательности нацеливания на ядро ​​- консенсус?». Тенденции в биохимических науках. 16 (12): 478–81. Дои:10.1016 / 0968-0004 (91) 90184-В. PMID  1664152.
  13. ^ Янагава, Хироши; Томита, Масару; Миямото-Сато, Эцуко; Такашима, Хидеаки; Мацумура, Нобутака; Хасебе, Масако; Косуги, Шуничи (02.01.2009). «Шесть классов ядерных сигналов локализации, специфичных для различных связывающих бороздок импортина α». Журнал биологической химии. 284 (1): 478–485. Дои:10.1074 / jbc.M807017200. ISSN  0021-9258. PMID  19001369.
  14. ^ Конти Э., Куриян Дж. (Март 2000 г.). «Кристаллографический анализ специфического, но универсального распознавания различных сигналов ядерной локализации кариоферином альфа». Структура. 8 (3): 329–38. Дои:10.1016 / s0969-2126 (00) 00107-6. PMID  10745017.
  15. ^ Conti E, Uy M, Leighton L, Blobel G, Kuriyan J (июль 1998 г.). «Кристаллографический анализ распознавания сигнала ядерной локализации ядерным фактором импорта кариоферин альфа». Ячейка. 94 (2): 193–204. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 81419-1. PMID  9695948.
  16. ^ Дингуолл С., Роббинс Дж., Дилворт С.М., Робертс Б., Ричардсон В.Д. (сентябрь 1988 г.). «Последовательность расположения ядра нуклеоплазмина больше и сложнее, чем у большого Т-антигена SV-40». Журнал клеточной биологии. 107 (3): 841–9. Дои:10.1083 / jcb.107.3.841. ЧВК  2115281. PMID  3417784.
  17. ^ Ньюмейер Д. Д., Forbes DJ (март 1988 г.). «Ядерный импорт можно разделить на отдельные этапы in vitro: связывание ядерных пор и перемещение». Ячейка. 52 (5): 641–53. Дои:10.1016/0092-8674(88)90402-3. PMID  3345567.

дальнейшее чтение

внешние ссылки