Войти
Сигнал ядерной локализации или последовательности ( NLS) представляет собой аминокислоту последовательности, которая «метки» белка, для импорта в ядро клетки с помощью ядерного транспорта. 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 функцию, противоположную сигналу ядерного экспорта (NES), который нацелен на белки из ядра.
Эти типы NLS могут быть далее классифицированы как одно- или двудольные. Основные структурные различия между ними состоят 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). NLS нуклеоплазмина, KR [PAATKKAGQA] KKKK, является прототипом повсеместного двудольного сигнала: два кластера основных аминокислот, разделенных спейсером из примерно 10 аминокислот. Оба сигнала распознаются импортином α. Импортин α сам содержит двудольный NLS, который специфически распознается импортином β. Последнюю можно рассматривать как фактического посредника по импорту.
Чельский и др. предложил консенсусную последовательность KK / RXK / R для одночастичных NLS. Следовательно, последовательность Чельского может быть частью нижележащего основного кластера двудольного NLS. Makkah 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.
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 через KLK. Они обнаружили значительно более высокую эффективность ядерной локализации c-Myc NLS по сравнению с SV40 NLS.
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.
Сигнал, который, по-видимому, специфичен для массово продуцируемых и транспортируемых рибосомных белков, по-видимому, идет со специализированным набором импортиновых β-подобных ядерных рецепторов импорта.
Недавно был предложен класс NLS, известный как PY-NLS, первоначально Lee et al. Этот мотив PY-NLS, названная так из-за пролина - тирозин аминокислоты спаривания в нем, позволяет белка связываться с Importin amp; beta ; 2 (также известный как транспортина или karyopherin amp; beta ; 2), который затем транслоцируется белок груза в ядро. Структурная основа связывания PY-NLS, содержащегося в импортине β2, была определена и разработан ингибитор импорта.
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 ооцитов лягушки ( Xenopus ) 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 никакого 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. Эта работа стимулировала исследования в этой области, и два года спустя первый NLS был идентифицирован в большом Т-антигене SV40 (или сокращенно 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. Этот вид NLS стал известен как двудольный классический NLS. В настоящее время известно, что двудольный NLS представляет собой основной класс NLS, обнаруживаемый в клеточных ядерных белках, и структурный анализ показал, как сигнал распознается рецепторным белком ( импортином α ) (также известна структурная основа некоторых одночастичных NLS). 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. Установив наличие двух различных стадий в процессе, была установлена возможность идентификации вовлеченных факторов, что привело к идентификации семейства импортинов NLS рецепторов и GTPase Ran.
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 фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) обменивает свой ВВП обратно на GTP.
