Импортин

Импортин имеет две субъединицы: импортин α и импортин β. Члены семейства importin-β могут связывать и транспортировать груз сами по себе или могут образовывать гетеродимеры с importin-α. Как часть гетеродимера , импортин-β опосредует взаимодействия с поровым комплексом , в то время как импортин-α действует как адаптерный белок, связывающий сигнал ядерной локализации (NLS) на грузе. НШ-Importin & alpha; & beta ; Importin тример диссоциирует после связывания с Ran GTP внутри ядра , ^[2] с двумя Importin белков возвращают в цитоплазму для дальнейшего использования.

Открытие [ править ]

Импортин может существовать как гетеродимер импортина-α / β или как мономер импортина -β. Импортин-α был впервые выделен в 1994 году группой, в которую входил Энно Хартманн , из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка . ^[1] Процесс импорта ядерного белка уже был охарактеризован в предыдущих обзорах ^[3], но ключевые белки, участвующие в нем, не были выяснены до этого момента. Цитозольный белок 60 кДа , необходимый для импорта белка в ядро и с 44% идентичностью последовательности с SRP1p , был очищен из яиц Xenopus . Его клонировали, секвенировали и экспрессировали вE.coli, и чтобы полностью восстановить сигнально-зависимый транспорт, пришлось комбинировать с Ran (TC4). В ходе исследования были обнаружены и другие ключевые стимулирующие факторы.^[1]

Импортин-β, в отличие от импортина-α, не имеет прямых гомологов в дрожжах, но был очищен как белок 90-95 кДа, и было обнаружено, что он образует гетеродимер с импортином-α в ряде различных случаев. Они включали исследование под руководством Михаэля Рексаха ^[4] и дальнейшие исследования Дирка Герлиха . ^[5] Эти группы обнаружили, что импортину-α требуется другой белок, импортин-β, чтобы функционировать, и что вместе они образуют рецептор сигналов ядерной локализации (NLS) , тем самым обеспечивая транспортировку в ядро . После этих первых открытий в 1994 и 1995 годах множество генов импортина , таких как IPO4 и IPO7, были обнаружены, что облегчают импорт немного разных грузовых белков из-за их различной структуры и местоположения.

Структура [ править ]

Импортин-α [ править ]

Большая часть из импортина-альфа адаптера белка состоит из нескольких броненосцев повторов (ARM) , расположенных в тандеме . Эти повторы могут складываться вместе, образуя структуру изогнутой формы, которая облегчает связывание с NLS определенных грузовых белков. Главный сайт связывания NLS находится ближе к N-концу , а второстепенный сайт находится на C-конце . Помимо структур ARM , импортин-α также содержит N-концевую область из 90 аминокислот , отвечающую за связывание с импортином-β, известной как IBB (связывающий домен импортина-β) . Это тоже место аутоингибирования., и участвует в высвобождении груза, когда importin-α достигает ядра . ^[6]

Импортин-β [ править ]

Importin-β является типичной структурой большего надсемейства из karyopherins . В основе их структуры 18-20 тандемных повторов мотива HEAT . Каждый из этих повторов содержит две антипараллельные альфа-спирали, соединенные поворотом , которые складываются вместе, образуя общую структуру белка . ^[7]

Чтобы транспортировать груз в ядро , importin-β должен связываться с ядерными поровыми комплексами . Это достигается путем образования слабых временных связей с нуклеопоринами в их различных мотивах F G (Phe-Gly). Кристаллографический анализ показал, что эти мотивы связываются с импортином-β в неглубоких гидрофобных карманах, обнаруженных на его поверхности. ^[8]

Цикл импорта ядерного белка [ править ]

Основная функция импортина - опосредовать транслокацию белков с сигналами ядерной локализации в ядро через комплексы ядерных пор (NPC) в процессе, известном как цикл импорта ядерного белка.

Крепление груза [ править ]

Первый этап этого цикла - привязка груза. Импортин может выполнять эту функцию как мономерный белок импортина-β , но обычно требует присутствия импортина-α, который действует как адаптер для белков груза (через взаимодействия с NLS ). NLS представляет собой последовательность основных аминокислот , которые помечают белка в качестве груза , предназначенного для ядра . Белок- груз может содержать один или два из этих мотивов , которые будут связываться с основными и / или второстепенными сайтами связывания на импортине-α. ^[9]

Обзор цикла импорта ядерного белка.

Грузовой транспорт [ править ]

Как только белок-груз связывается, импортин-β взаимодействует с NPC , и комплекс диффундирует в ядро из цитоплазмы . Скорость диффузии зависит как от концентрации импортина-α, присутствующего в цитоплазме, так и от аффинности связывания импортина-α с грузом. Попав внутрь ядра , комплекс взаимодействует с ГТФазой семейства Ras , Ran-GTP . Это приводит к диссоциации комплекса за счет изменения конформации Импортина-β. Importin-β остается связанным с Ран - GTP , готовый к утилизации. ^[9]

Выпуск груза [ править ]

Теперь, когда комплекс импортин-α / груз не содержит импортина-β, белок-груз может высвобождаться в ядро . N-концевой импортин-β-связывающий (МОЦ) домен импортин-a содержит автоматическую регуляторную область , которая имитирует NLS - мотив . Высвобождение импортина-β освобождает эту область и позволяет ей возвращаться в петлю и конкурировать за связывание с белком-грузом в основном сайте связывания NLS . Эта конкуренция приводит к высвобождению белка . В некоторых случаях могут использоваться определенные факторы выпуска, такие как Nup2 и Nup50 , чтобы также способствовать высвобождению груза. ^[9]

Переработка [ править ]

Наконец, чтобы вернуться в цитоплазму , importin-α должен связываться с комплексом Ran-GTP / CAS (ядерный экспортный фактор), который облегчает его выход из ядра . CAS (белок предрасположенности к апоптозу клеток) является частью суперсемейства импортин-β кариоферинов и определяется как фактор ядерного экспорта. Importin-бета возвращается в цитоплазму , по- прежнему привязаны к Ран - GTP . После того, как в цитоплазме , Ран - GTP является гидролиз пути Ран GAP , образуя Ran -ВВП , и высвободив два импорта для дальнейшей деятельности. Именно этот гидролиз GTP обеспечивает энергию для цикла в целом. В ядре , A ГЭФ будет взимать Ran с GTP молекулы, которую затем гидролизуют с помощью GAP в цитоплазму , как указано выше. Именно эта активность Ran делает возможным однонаправленный транспорт белков . ^[9]

Болезнь [ править ]

Существует несколько болезненных состояний и патологий, которые связаны с мутациями или изменениями экспрессии импортина-α и импортина-β.

Импортины являются жизненно важными регуляторными белками в процессах гаметогенеза и эмбриогенеза . В результате, нарушение паттернов экспрессии importin-α, как было показано, вызывает дефекты фертильности у Drosophila melanogaster . ^[10]

Также были исследования, которые связывают измененный импортин-α с некоторыми случаями рака . Исследования рака груди выявили усеченную форму импортина-α, в которой отсутствует домен связывания NLS . ^[11] Кроме того, импортина-α было показано , чтобы транспортировать ген - супрессор опухолей , BRCA1 ( рак молочной железы типа 1 восприимчивость белка) , в ядре . Сверхэкспрессия импортина-α также была связана с плохой выживаемостью у некоторых пациентов с меланомой . ^[12]

Активность импортина также связана с некоторыми вирусными патологиями . Например, в пути заражения вирусом Эбола ключевым этапом является ингибирование ядерного импорта PY-STAT1 . Это достигается за счет того, что вирус изолирует импортин-α в цитоплазме , что означает, что он больше не может связывать свой груз в NLS . ^[13] В результате импортин не может функционировать, а белок-груз остается в цитоплазме.

Типы грузов [ править ]

Многие различные грузовые белки могут транспортироваться в ядро с помощью импортина. Часто для перемещения разных белков требуются разные комбинации α и β. Ниже приведены некоторые примеры различных грузов.

Груз	Рецептор импорта
SV40	Импортин-β и импортин-α
Нуклеоплазмин	Импортин-β и импортин-α
STAT1	Импортин-β и NPI-1 (тип импортина-α)
TFIIA	Импортин-α не требуется
U1A	Импортин-α не требуется

Гены импортина человека [ править ]

Хотя импортин-α и β-импортин используются для описания импортина в целом, они на самом деле представляют собой большие семьи из белков , которые разделяют аналогичную структуру и функцию. Различные гены были идентифицированы как для α, так и для β, некоторые из них перечислены ниже. Обратите внимание, что часто кариоферин и импортин используются как взаимозаменяемые.

Импорт : IPO4 , IPO5 , IPO7 , IPO8 , IPO9 , IPO11 , IPO13
Кариоферин-α : KPNA1 , KPNA2 , KPNA3 , KPNA4 , KPNA5 , KPNA6
Кариоферин-β : KPNB1

См. Также [ править ]

Кариоферин
Последовательность ядерной локализации
Ядерный поровый комплекс
Ядерный транспорт
Ран (ген)

Ссылки [ править ]

^ a b c Герлих Д., Прен С., Ласки Р.А., Хартманн Э. (декабрь 1994 г.). «Выделение белка, необходимого для первого шага импорта ядерного белка». Cell . 79 (5): 767–78. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (94) 90067-1 . PMID 8001116 . S2CID 7539929 .
^ Mattaj IW, Englmeier L (1998). «Нуклеоцитоплазматический транспорт: растворимая фаза» . Ежегодный обзор биохимии . 67 : 265–306. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.67.1.265 . PMID 9759490 .
^ Garcia-Бустоса J, J Хейтман, зал MN (март 1991). «Ядерная локализация белка». Биохим. Биофиз. Acta . 1071 (1): 83–101. DOI : 10.1016 / 0304-4157 (91) 90013-м . PMID 2004116 .
^ Enenkel C, Блобель G, Рексач M (июль 1995). «Идентификация дрожжевого гетеродимера кариоферина, который нацелен на импортный субстрат в комплексы ядерных пор млекопитающих» . J. Biol. Chem . 270 (28): 16499–502. DOI : 10.1074 / jbc.270.28.16499 . PMID 7622450 .
^ Görlich D, Костко S, R Крафт, Дингуолл С, Laskey Р.А., Хартманн Е, Prehn S (апрель 1995 г.). «Две разные субъединицы importin сотрудничают, чтобы распознавать сигналы ядерной локализации и связывать их с ядерной оболочкой». Текущая биология . 5 (4): 383–92. DOI : 10.1016 / s0960-9822 (95) 00079-0 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-002D-1CBD-2 . PMID 7627554 . S2CID 6055941 .
↑ Conti E, Uy M, Leighton L, Blobel G, Kuriyan J (июль 1998 г.). «Кристаллографический анализ распознавания сигнала ядерной локализации ядерным фактором импорта кариоферин альфа». Cell . 94 (2): 193–204. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (00) 81419-1 . PMID 9695948 . S2CID 16230174 .
Перейти ↑ Lee SJ, Matsuura Y, Liu SM, Stewart M (июнь 2005 г.). «Структурные основы диссоциации ядерно-импортного комплекса с помощью RanGTP». Природа . 435 (7042): 693–6. Bibcode : 2005Natur.435..693L . DOI : 10,1038 / природа03578 . PMID 15864302 . S2CID 4304731 .
Перейти ↑ Bayliss R, Littlewood T, Stewart M (июль 2000). «Структурная основа взаимодействия между нуклеопориновыми повторами FxFG и importin-бета в ядерной торговле». Cell . 102 (1): 99–108. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (00) 00014-3 . PMID 10929717 . S2CID 17495979 .
^ a b c d Weis K (февраль 2003 г.). «Регулирование доступа к геному: ядерно-цитоплазматический транспорт на протяжении клеточного цикла». Cell . 112 (4): 441–51. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (03) 00082-5 . PMID 12600309 . S2CID 17664108 .
↑ Terry LJ, Shows EB, Wente SR (ноябрь 2007 г.). «Пересечение ядерной оболочки: иерархическая регуляция ядерно-цитоплазматического транспорта». Наука . 318 (5855): 1412–6. Bibcode : 2007Sci ... 318.1412T . DOI : 10.1126 / science.1142204 . PMID 18048681 . S2CID 163986 .
↑ Kim IS, Kim DH, Han SM, Chin MU, Nam HJ, Cho HP, Choi SY, Song BJ, Kim ER, Bae YS, Moon YH (июль 2000 г.). «Усеченная форма импортина альфа, идентифицированная в клетках рака груди, ингибирует ядерный импорт p53» . Журнал биологической химии . 275 (30): 23139–45. DOI : 10.1074 / jbc.M909256199 . PMID 10930427 .
^ Winnepenninckx В, Лазар В, Michiels S, Дессен Р, Стас М, Алонсо С.Р., Аврил М.Ф., Ортис Ромеро ЛП, Роберт Т, Balacescu О, Eggermont А.М., Ленуар G, Сарасин А, Tursz Т, ван ден Оорд JJ, Spatz А (апрель 2006 г.). «Профили экспрессии генов первичной кожной меланомы и клинический исход» . Журнал Национального института рака . 98 (7): 472–82. DOI : 10,1093 / JNCI / djj103 . PMID 16595783 .
^ Sekimoto Т, Imamoto Н, Накаджима К, Хирано Т, Йонеды Y (декабрь 1997 г.). «Зависящий от внеклеточного сигнала ядерный импорт Stat1 опосредуется образованием комплекса нацеливания на ядерные поры с NPI-1, но не с Rch1» . Журнал EMBO . 16 (23): 7067–77. DOI : 10.1093 / emboj / 16.23.7067 . PMC 1170309 . PMID 9384585 .

Внешние ссылки [ править ]

Importins в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
PDB Molecule of the Month Importins

Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR002652

Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR001494

[Hartmann1994-1] Герлих Д., Прен С., Ласки Р.А., Хартманн Э. (декабрь 1994 г.). «Выделение белка, необходимого для первого шага импорта ядерного белка». Cell . 79 (5): 767–78. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (94) 90067-1 . PMID 8001116 . S2CID 7539929 .

[Mattaj1998-2] Mattaj IW, Englmeier L (1998). «Нуклеоцитоплазматический транспорт: растворимая фаза» . Ежегодный обзор биохимии . 67 : 265–306. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.67.1.265 . PMID 9759490 .

[Garcia1991-3] Garcia-Бустоса J, J Хейтман, зал MN (март 1991). «Ядерная локализация белка». Биохим. Биофиз. Acta . 1071 (1): 83–101. DOI : 10.1016 / 0304-4157 (91) 90013-м . PMID 2004116 .

[Rexach1995-4] Enenkel C, Блобель G, Рексач M (июль 1995). «Идентификация дрожжевого гетеродимера кариоферина, который нацелен на импортный субстрат в комплексы ядерных пор млекопитающих» . J. Biol. Chem . 270 (28): 16499–502. DOI : 10.1074 / jbc.270.28.16499 . PMID 7622450 .

[Gorlich_1995-5] Görlich D, Костко S, R Крафт, Дингуолл С, Laskey Р.А., Хартманн Е, Prehn S (апрель 1995 г.). «Две разные субъединицы importin сотрудничают, чтобы распознавать сигналы ядерной локализации и связывать их с ядерной оболочкой». Текущая биология . 5 (4): 383–92. DOI : 10.1016 / s0960-9822 (95) 00079-0 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-002D-1CBD-2 . PMID 7627554 . S2CID 6055941 .

[Conti1998-6] Conti E, Uy M, Leighton L, Blobel G, Kuriyan J (июль 1998 г.). «Кристаллографический анализ распознавания сигнала ядерной локализации ядерным фактором импорта кариоферин альфа». Cell . 94 (2): 193–204. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (00) 81419-1 . PMID 9695948 . S2CID 16230174 .

[Lee2005-7] Перейти ↑ Lee SJ, Matsuura Y, Liu SM, Stewart M (июнь 2005 г.). «Структурные основы диссоциации ядерно-импортного комплекса с помощью RanGTP». Природа . 435 (7042): 693–6. Bibcode : 2005Natur.435..693L . DOI : 10,1038 / природа03578 . PMID 15864302 . S2CID 4304731 .

[Bayliss2000-8] Перейти ↑ Bayliss R, Littlewood T, Stewart M (июль 2000). «Структурная основа взаимодействия между нуклеопориновыми повторами FxFG и importin-бета в ядерной торговле». Cell . 102 (1): 99–108. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (00) 00014-3 . PMID 10929717 . S2CID 17495979 .

[Weis2003-9] Weis K (февраль 2003 г.). «Регулирование доступа к геному: ядерно-цитоплазматический транспорт на протяжении клеточного цикла». Cell . 112 (4): 441–51. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (03) 00082-5 . PMID 12600309 . S2CID 17664108 .

[Terry2007-10] Terry LJ, Shows EB, Wente SR (ноябрь 2007 г.). «Пересечение ядерной оболочки: иерархическая регуляция ядерно-цитоплазматического транспорта». Наука . 318 (5855): 1412–6. Bibcode : 2007Sci ... 318.1412T . DOI : 10.1126 / science.1142204 . PMID 18048681 . S2CID 163986 .

[Kim2000-11] Kim IS, Kim DH, Han SM, Chin MU, Nam HJ, Cho HP, Choi SY, Song BJ, Kim ER, Bae YS, Moon YH (июль 2000 г.). «Усеченная форма импортина альфа, идентифицированная в клетках рака груди, ингибирует ядерный импорт p53» . Журнал биологической химии . 275 (30): 23139–45. DOI : 10.1074 / jbc.M909256199 . PMID 10930427 .

[Winnepenninckx2006-12] Winnepenninckx В, Лазар В, Michiels S, Дессен Р, Стас М, Алонсо С.Р., Аврил М.Ф., Ортис Ромеро ЛП, Роберт Т, Balacescu О, Eggermont А.М., Ленуар G, Сарасин А, Tursz Т, ван ден Оорд JJ, Spatz А (апрель 2006 г.). «Профили экспрессии генов первичной кожной меланомы и клинический исход» . Журнал Национального института рака . 98 (7): 472–82. DOI : 10,1093 / JNCI / djj103 . PMID 16595783 .

[Sekimoto1997-13] Sekimoto Т, Imamoto Н, Накаджима К, Хирано Т, Йонеды Y (декабрь 1997 г.). «Зависящий от внеклеточного сигнала ядерный импорт Stat1 опосредуется образованием комплекса нацеливания на ядерные поры с NPI-1, но не с Rch1» . Журнал EMBO . 16 (23): 7067–77. DOI : 10.1093 / emboj / 16.23.7067 . PMC 1170309 . PMID 9384585 .

[1]