Импортин альфа или кариоферин альфа относится к классу адаптерных белков , которые участвуют в импорте белков в ядро клетки . Они представляют собой подсемейство белков кариоферинов . [1]
Импортин α, как известно, связывается с последовательностью сигнала ядерной локализации (NLS) 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 гетеродимерами импортина α / β, но они функционально разделены и обычно не существуют в конъюгации друг с другом, а связаны только для клеточного импорта. Таким образом, белки importin α составляют независимый класс адаптерных белков.
Состав
Импортин α представляет собой небольшой белок, состоящий из трех функционально различных доменов: домена IBB, домена ARM и домена связывания CAS экспортина. [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 крайней мере 41 незаменимого аминокислотного остатка, в частности, в положениях 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 importin 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 импортина α с NLS-содержащими белками, 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 импортин α сам по себе 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 следующим шестиэтапным циклом: [3]
- Повторы ARM свободного импортина α в цитоплазме связывают NLS ядер-мишеней белков, в то время как домен IBB одновременно присоединяется к белку импортина β, образуя тройной комплекс.
- Тройной комплекс привязан к стыковочному узлу на ядерном поровом комплексе (NPC).
- Импортин β обеспечивает транспорт через ядерную оболочку
- Тройной комплекс диссоциирует за счет связывания импортина β с Ran-GTP.
- Свободный импортин α образует экспортный комплекс вместе с экспортином CAS и Ran-GTP и транспортируется из ядра.
- 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 несколько других важных функций опосредуются импортином α, включая гаметогенез, развитие, реакцию теплового шока, деградацию белка и инфекцию вирусными патогенами. [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 на животных с использованием Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster и организмов млекопитающих более высокого порядка показали, что importin α в изобилии присутствует в развивающихся гаметах, а мутации, вызывающие функциональные изменения, могут приводить 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 организм. [11] Импортин α также участвует в развитии реакции на тепловой шок у эмбрионов дрозофилы . [9] Кроме того, было показано, что импорт импортина α регулирует функцию протеазы, в том числе Taspase1, разрушителя лейкозных белков. [13]
Взятые вместе, ясно, что белки importin 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 обращается 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 этого 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
- ^ Келер, Матиас; Спек, Кристиан; Кристиансен, Маррет; Бишофф, Ф. Ральф; Прен, Зигфрид; Халлер, Германн; Герлих, Дирк; Хартманн, Энно (1 ноября 1999 г.). «Доказательства отчетливых субстратных особенностей членов семейства Importin α в импорте ядерного белка» . Молекулярная и клеточная биология . 19 (11): 7782–7791. DOI : 10,1128 / MCB.19.11.7782 . ISSN 0270-7306 . PMC 84838 . PMID 10523667 .
- ^ 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 : 1995PNAS ... 92.2008M . DOI : 10.1073 / pnas.92.6.2008 . ISSN 0027-8424 . PMC 42412 . PMID 7892216 .
- ^ Б с д е е г ч Гольдфарб, Дэвид С .; Корбетт, Анита Х .; Мейсон, Д. Адам; Харреман, Мишель Т .; Адам, Стивен А. (2004). «Импортин α: многоцелевой ядерный транспортный рецептор». Тенденции в клеточной биологии . 14 (9): 505–514. DOI : 10.1016 / j.tcb.2004.07.016 . PMID 15350979 .
- ^ а б Герлих, Д; Henklein, P; Ласки, РА; 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. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1996.tb00530.x . ISSN 0261-4189 . PMC 450097 . PMID 8617226 .
- ^ 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 Importin α» . Журнал биологической химии . 282 (8): 5101–5105. DOI : 10.1074 / jbc.R600026200 . ISSN 0021-9258 . PMC 4502416 . PMID 17170104 .
- ^ Кобе, Бостьян (1 апреля 1999 г.). «Автоингибирование сигналом внутренней ядерной локализации, выявленное кристаллической структурой импортина α млекопитающих». Структурная и молекулярная биология природы . 6 (4): 388–397. DOI : 10,1038 / 7625 . ISSN 1072-8368 . PMID 10201409 . S2CID 20026752 .
- ^ 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 : 1996PNAS ... 93.6572M . DOI : 10.1073 / pnas.93.13.6572 . ISSN 0027-8424 . PMC 39066 . PMID 8692858 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / S1047-8477 (02) 00543-9 . PMID 12490175 .
- ^ а б Фанг, Сян-дон; Чен, Тяньксин; Тран, Ким; Паркер, Карл С. (1 сентября 2001 г.). «Развитие регуляции реакции теплового шока ядерным транспортным фактором кариоферин-α3» . Развитие . 128 (17): 3349–3358. DOI : 10.1242 / dev.128.17.3349 . ISSN 0950-1991 . PMID 11546751 .
- ^ а б Гелес, КГ; Адам, С.А. (15 мая 2001 г.). «Зародышевые линии и онтогенетические роли импортина (α) 3 фактора ядерного транспорта в C. elegans» . Развитие . 128 (10): 1817–1830. DOI : 10.1242 / dev.128.10.1817 . ISSN 0950-1991 . PMID 11311162 .
- ^ а б Теджомуртула, Джьотсна; Ли, Кён-Бон; Tripurani, Swamy K .; Смит, Джордж В .; 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. DOI : 10.1095 / biolreprod.109.077396 . ISSN 0006-3363 . PMID 19420384 .
- ^ а б Ясухара, Норико; Ямагиши, Рёске; Араи, Ёсиюки; Мехмуд, Рашид; Кимото, Тихиро; Фудзита, Тошихару; Тома, Кеничи; Канеко, Азуми; Камикава, Ясунао (2013). «Подтипы Importin Alpha определяют локализацию дифференциального транскрипционного фактора в поддержании эмбриональных стволовых клеток» . Клетка развития . 26 (2): 123–135. DOI : 10.1016 / j.devcel.2013.06.022 . PMID 23906064 .
- ^ а б в Hogarth, Cathryn A .; Каланни, Софина; Янс, Дэвид А .; Ловленд, Кейт Л. (1 января 2006 г.). «МРНК импортина α имеют различные профили экспрессии во время сперматогенеза» . Динамика развития . 235 (1): 253–262. DOI : 10.1002 / dvdy.20569 . ISSN 1097-0177 . PMID 16261624 . S2CID 86703945 .
- ^ 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. DOI : 10.1111 / j.1600-0854.2011.01191.x . ISSN 1600-0854 . PMID 21418451 . S2CID 205841729 .
- ^ а б Wang, P .; Palese, P .; О'Нил, RE (1 марта 1997 г.). «Сайт связывания NPI-1 / NPI-3 (кариоферин альфа) на нуклеопротеине NP вируса гриппа является нетрадиционным сигналом ядерной локализации» . Журнал вирусологии . 71 (3): 1850–1856. DOI : 10,1128 / JVI.71.3.1850-1856.1997 . ISSN 0022-538X . PMC 191255 . PMID 9032315 .
- ^ 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 импортированные альфа-зависимые и -независимые пути» . Журнал вирусологии . 80 (1): 526–536. DOI : 10,1128 / JVI.80.1.526-536.2006 . ISSN 0022-538X . PMC 1317556 . PMID 16352576 .