Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из сигнала ядерной локализации )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сигнал ядерной локализации или последовательности ( NLS ) представляет собой аминокислоту последовательности , которая «метки» белка , для импорта в ядро клетки с помощью ядерного транспорта . [1] Обычно этот сигнал состоит из одной или нескольких коротких последовательностей положительно заряженных лизинов или аргининов, экспонированных на поверхности белка. [1] Различные локализованные в ядре белки могут иметь один и тот же NLS. [1] NLS выполняет функцию, противоположную сигналу ядерного экспорта (NES), который нацелен на белки из ядра.

Типы [ править ]

Классический [ править ]

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 большом Т-антигене SV40 (одночастный NLS). [2] NLS нуклеоплазмина , KR [PAATKKAGQA] KKKK, является прототипом повсеместного двудольного сигнала: два кластера основных аминокислот, разделенных спейсером из примерно 10 аминокислот. [3] Оба сигнала распознаются импортином α.. Импортин α сам содержит двудольный NLS, который специфически распознается импортином β . Последнюю можно считать фактическим посредником в импорте.

Чельский и др . предложил консенсусную последовательность KK / RXK / R для одночастичных NLS. [3] Следовательно, последовательность Челского может быть частью нижележащего основного кластера двудольного NLS. Makkerh et al . провели сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации Т-антигена SV40 (одночастный), C-myc (одночастный) и нуклеоплазмина (двухчастный) и выявили аминокислотные особенности, общие для всех трех. Впервые была показана роль нейтральных и кислых аминокислот в повышении эффективности NLS. [4]

Rotello et al . сравнили эффективность ядерной локализации NLS, слитых с eGFP, большого Т-антигена SV40, нуклеоплазмина (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) и белка быстрой доставки внутриклеточного белка TUSIKP. Они обнаружили значительно более высокую эффективность ядерной локализации c-Myc NLS по сравнению с SV40 NLS. [5]

Неклассический [ править ]

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 импортина β без вмешательства импортина α-подобного белка. [6]

Сигнал, который, по-видимому, специфичен для массово продуцируемых и транспортируемых рибосомных белков [7] [8], по- видимому, идет со специализированным набором импортиновых β-подобных ядерных рецепторов импорта. [9]

Недавно был предложен класс NLS, известный как PY-NLS, первоначально Lee et al. [10] Этот PY-NLS мотив, названный так из-за пролина - тирозин аминокислоты спаривания в нем, позволяет белка связываться с Importin & beta ; 2 (также известный как транспортина или karyopherin β2), который затем транслоцируется белок груза в ядро . Структурная основа связывания PY-NLS, содержащегося в импортине β2, была определена и разработан ингибитор импорта. [11]

Открытие [ править ]

Наличие ядерной мембраны, которая изолирует клеточную ДНК, является определяющим признаком эукариотических клеток . Таким образом, ядерная мембрана отделяет ядерные процессы репликации ДНК и транскрипции РНК от 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 ядерной мембране ооцита 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 каким-либо другим ядерным компонентом. Другими словами, не существовало какого-либо конкретного транспортного механизма.

Дингуолл и Ласки в 1982 году показали, что эта точка зрения неверна. Используя белок под названием нуклеоплазмин, архетипический « молекулярный шаперон », они идентифицировали домен в белке, который действует как сигнал для входа в ядро. [12] Эта работа стимулировала исследования в этой области, и два года спустя первый NLS был идентифицирован в большом Т-антигене SV40.(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 выявило последовательность с двумя элементами, состоящими из основных аминокислот, разделенных спейсерным плечом. 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. [13] 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 [14].а структурный анализ показал, как сигнал распознается рецепторным белком ( импортином α ) [15] (также известна структурная основа некоторых одночастичных NLS [16] ). Сейчас известны многие молекулярные детали импорта ядерных белков. 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 через канал порового комплекса. [17] [18]Установив наличие двух отдельных стадий в процессе, была установлена ​​возможность идентификации вовлеченных факторов, что привело к идентификации семейства импортинов NLS рецепторов и GTPase Ran .

Механизм ядерного импорта [ править ]

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 комплексами ядерных пор (NPC), сложными мультибелковыми структурами, которые обеспечивают транспорт через ядерную мембрану.

Белок, транслируемый с помощью NLS, будет прочно связываться с импортином (он же кариоферин ), и вместе комплекс будет перемещаться через ядерную пору. В этот момент Ran-GTP будет связываться с комплексом импортин-белок, и его связывание приведет к потере сродства импортина к белку. Белок высвобождается, и теперь комплекс Ran-GTP / импортин переместится обратно из ядра через ядерную пору. ГТФ-активирующий белок (GAP) в цитоплазме гидролизует СРД-ГТФ к ВВП, и это вызывает конформационное изменение в Ране, в конечном счете , снижая его сродство к Importin. Импортин высвобождается, и Ran-GDP возвращается обратно в ядро, где находится фактор обмена гуаниновых нуклеотидов. (ГЭФ) обменивает свой ВВП обратно на GTP.

См. Также [ править ]

  • Сигнал ядерного экспорта (NES) может управлять экспортом белка из ядра.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Махато, Рам I .; Smith, Louis C .; Роллан, Ален (1999-01-01), Холл, Джеффри С.; Данлэп, Джей К.; Фридман, Теодор; Giannelli, Франческо (ред.), "4 - Фармацевтические перспективы невирусных генной терапии" , Достижения в генетике , Academic Press, 41 , стр 95-156,. Дои : 10.1016 / s0065-2660 (08) 60152-2 , извлекаться 2020 -12-17
  2. ^ Кальдерон D, Roberts BL, Ричардсон WD, Smith AE (1984). «Короткая аминокислотная последовательность, способная определять расположение ядра». Cell . 39 (3 Pt 2): 499–509. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (84) 90457-4 . PMID 6096007 . 
  3. ^ a b 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. DOI : 10,1083 / jcb.107.3.841 . PMC 2115281 . PMID 3417784 .  
  4. ^ Makkerh JP, Дингуолл C, Laskey RA (август 1996). «Сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации показывает важность нейтральных и кислых аминокислот». Curr. Биол . 6 (8): 1025–7. DOI : 10.1016 / S0960-9822 (02) 00648-6 . PMID 8805337 . 
  5. Перейти ↑ Ray M, Tang R, Jiang Z, Rotello VM (2015). «Количественное отслеживание доставки белка в ядро ​​с использованием цитозольной доставки белка с помощью нанокапсул, стабилизированных наночастицами» . Биоконъюг. Chem. 26 (6): 1004–7. DOI : 10.1021 / acs.bioconjchem.5b00141 . PMC 4743495 . PMID 26011555 .   
  6. ^ Mattaj IW, Englmeier L (1998). «Нуклеоцитоплазматический транспорт: растворимая фаза» . Анну Рев Биохим . 67 (1): 265–306. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.67.1.265 . PMID 9759490 . 
  7. ^ Тиммерс переменного тока, Stuger R, Шаап PJ, ван «т Рит Дж, Raue ГК (июнь 1999 г.). «Ядерная и ядрышковая локализация рибосомных белков Saccharomyces cerevisiae S22 и S25» . FEBS Lett . 452 (3): 335–40. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (99) 00669-9 . PMID 10386617 . 
  8. ^ Гаррета Р.А., Douthwate С.Р., Матесон АТ, Мур РВ, Ноллер HF (2000). Рибосома: структура, функция, антибиотики и клеточные взаимодействия . ASM Press. ISBN 978-1-55581-184-6.
  9. ^ Разгром MP, Блобель G, Aitchison JD (май 1997). «Отдельный ядерный путь импорта, используемый рибосомными белками». Cell . 89 (5): 715–25. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80254-8 . PMID 9182759 . 
  10. ^ Ли BJ, Cansizoglu А.Е., Суэл KE, Луи TH, Zhang Z, Chook YM (август 2006). «Правила распознавания последовательности ядерной локализации кариоферином бета 2» . Cell . 126 (3): 543–58. DOI : 10.1016 / j.cell.2006.05.049 . PMC 3442361 . PMID 16901787 .  
  11. ^ Cansizoglu А.Е., Ли BJ, Чжан ZC, Fontoura Б.М., Chook YM (май 2007). «Структурный дизайн пути-специфического ингибитора ядерного импорта» . Структурная и молекулярная биология природы . 14 (5): 452–4. DOI : 10.1038 / nsmb1229 . PMC 3437620 . PMID 17435768 .  
  12. ^ Дингуолл C, Sharnick С.В., Laskey Р.А. (сентябрь 1982). «Полипептидный домен, который определяет миграцию нуклеоплазмина в ядро». Cell . 30 (2): 449–58. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (82) 90242-2 . PMID 6814762 . 
  13. ^ Дингуолл C, Laskey RA (декабрь 1991). «Последовательности нацеливания на ядро ​​- консенсус?». Направления биохимических наук . 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 (02.01.2009). «Шесть классов ядерных сигналов локализации, специфичных для различных связывающих бороздок импортина α» . Журнал биологической химии . 284 (1): 478–485. DOI : 10.1074 / jbc.M807017200 . ISSN 0021-9258 . PMID 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 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 . 
  17. Перейти ↑ Dingwall C, Robbins J, Dilworth SM, Roberts B, Richardson WD (сентябрь 1988 г.). «Последовательность расположения ядра нуклеоплазмина больше и сложнее, чем у большого Т-антигена SV-40» . Журнал клеточной биологии . 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 ядерных пор и перемещение». Cell . 52 (5): 641–53. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (88) 90402-3 . PMID 3345567 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гёрлих Д. (июнь 1997 г.). «Импорт ядерного белка». Текущее мнение в клеточной биологии . 9 (3): 412–9. DOI : 10.1016 / S0955-0674 (97) 80015-4 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-002D-1CC5-E . PMID  9159081 .
  • Lusk CP, Blobel G, King MC (май 2007 г.). «Дорога к внутренней ядерной мембране: правила дорожного движения». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 8 (5): 414–20. DOI : 10.1038 / nrm2165 . PMID  17440484 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Ресурсный мотив Eukaryotic Linear Motif, класс TRG_NLS_Bipartite_1
  • Ресурсный мотив Eukaryotic Linear Motif, класс TRG_NLS_MonoCore_2
  • Класс ресурса мотивов Eukaryotic Linear Motif TRG_NLS_MonoExtC_3
  • Класс ресурса мотивов Eukaryotic Linear Motif TRG_NLS_MonoExtC_4