Nuklear lokaliseringssekvens - Nuclear localization sequence

Et nuklear lokaliseringssignal eller -sekvens ( NLS ) er en aminosyresekvens, der 'mærker' et protein til import til cellekernen ved nuklear transport . Typisk består dette signal af en eller flere korte sekvenser af positivt ladede lysiner eller argininer eksponeret på proteinoverfladen. Forskellige nukleare lokaliserede proteiner kan dele den samme NLS. En NLS har den modsatte funktion af et nukleart eksportsignal (NES), der målretter proteiner ud af kernen.

Typer

Klassisk

Disse typer NLS'er kan klassificeres yderligere som enten monopartit eller bipartit. De største strukturelle forskelle mellem de to er, at de to basiske aminosyreklynger i bipartite NLS'er er adskilt af en relativt kort afstandssekvens (deraf bipartite - 2 dele), mens monopartite NLSs ikke er. Den første NLS der blev opdaget var sekvensen PKKKRKV i SV40 Large T-antigenet (et monopartit NLS). NLS af nukleoplasmin , KR [PAATKKAGQA] KKKK, er prototypen for det allestedsnærværende bipartitsignal: to klynger af basiske aminosyrer, adskilt af en afstandsstykke på ca. 10 aminosyrer. Begge signaler genkendes af importin α . Importin α indeholder selve en bipartit NLS, som specifikt genkendes af importin β . Sidstnævnte kan betragtes som den egentlige importformidler.

Chelsky et al . foreslog konsensus-sekvensen KK / RXK / R for monopartite NLS'er. En Chelsky-sekvens kan derfor være en del af den nedstrøms basale klynge af en bipartit NLS. Makkah et al . udført komparativ mutagenese på de nukleare lokaliseringssignaler fra SV40 T-antigen (monopartit), C-myc (monopartit) og nucleoplasmin (bipartit) og viste aminosyreegenskaber, der er fælles for alle tre. Rollen af ​​neutrale og sure aminosyrer blev vist for første gang i at bidrage til effektiviteten af ​​NLS.

Rotello et al . sammenlignede de nukleare lokaliseringseffektiviteter af eGFP-sammensmeltede NLS'er af SV40 Large T-Antigen, nucleoplasmin (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) og TUS-protein (KLKIKRPVK) hurtig levering. De fandt signifikant højere nuklear lokaliseringseffektivitet af c-Myc NLS sammenlignet med SV40 NLS.

Ikke-klassisk

Der er mange andre typer NLS, såsom det sure M9-domæne af hnRNP A1, sekvensen KIPIK i gærtranskriptionsrepressor Mata2 og de komplekse signaler fra U snRNP'er. De fleste af disse NLS'er ser ud til at blive genkendt direkte af specifikke receptorer i importin β-familien uden intervention af et importin α-lignende protein.

Et signal, der ser ud til at være specifikt for de massivt producerede og transporterede ribosomale proteiner, ser ud til at komme med et specialiseret sæt af importin β-lignende nukleare importreceptorer.

For nylig er en klasse af NLS'er kendt som PY-NLS'er blevet foreslået, oprindeligt af Lee et al. Dette PY-NLS-motiv, der er navngivet på grund af prolin - tyrosin- aminosyreparringen i det, gør det muligt for proteinet at binde til Importin β2 (også kendt som transportin eller karyopherin β2), som derefter translokerer lastproteinet i kernen. Det strukturelle grundlag for binding af PY-NLS indeholdt i Importin β2 er blevet bestemt og en importhæmmer designet.

Opdagelse

Tilstedeværelsen af ​​den nukleare membran, der sekvestrerer det cellulære DNA, er det definerende træk ved eukaryote celler . Den nukleare membran adskiller derfor de nukleare processer med DNA-replikation og RNA- transkription fra den cytoplasmatiske proces med proteinproduktion. Proteiner, der kræves i kernen, skal henvises dertil ved hjælp af en eller anden mekanisme. Den første direkte eksperimentelle undersøgelse af kerneproteins evne til at akkumulere i kernen blev udført af John Gurdon, da han viste, at oprensede nukleare proteiner akkumuleres i kernen i frø ( Xenopus ) oocytter efter at være mikroinjiceret i cytoplasmaet. Disse eksperimenter var en del af en serie, der efterfølgende førte til undersøgelser af nuklear omprogrammering, direkte relevant for stamcelleforskning.

Tilstedeværelsen af ​​flere millioner porekomplekser i oocytens kernemembran og det faktum, at de så ud til at tillade mange forskellige molekyler (insulin, bovint serumalbumin, guldnanopartikler) førte til opfattelsen af, at porerne er åbne kanaler, og at kerneproteiner frit kommer ind i kernen gennem porerne og skal akkumuleres ved binding til DNA eller en anden nuklear komponent. Med andre ord menes der ikke at være nogen specifik transportmekanisme.

Denne opfattelse blev vist at være forkert af Dingwall og Laskey i 1982. Ved hjælp af et protein kaldet nucleoplasmin, den arketypiske ' molekylære chaperone ', identificerede de et domæne i proteinet, der fungerer som et signal til nuklear indgang. Dette arbejde stimulerede forskning i området, og to år senere blev den første NLS identificeret i SV40 Large T-antigen (eller kort sagt SV40). Imidlertid kunne en funktionel NLS ikke identificeres i et andet nukleart protein blot på basis af lighed med SV40 NLS. Faktisk indeholdt kun en lille procentdel af cellulære (ikke-virale) nukleare proteiner en sekvens svarende til SV40 NLS. En detaljeret undersøgelse af nucleoplasmin identificerede en sekvens med to elementer, der består af basiske aminosyrer adskilt af en afstandsarm. Et af disse elementer svarede til SV40 NLS, men var ikke i stand til at dirigere et protein til cellekernen, når det var bundet til et ikke-nukleart reporterprotein. Begge elementer er påkrævet. Denne form for NLS er blevet kendt som en tosidig klassisk NLS. Bipartite NLS er nu kendt for at repræsentere den største klasse af NLS, der findes i cellulære nukleare proteiner, og strukturanalyse har afsløret, hvordan signalet genkendes af et receptor ( importin α ) protein (den strukturelle basis for nogle monopartite NLS'er er også kendt). Mange af de molekylære detaljer ved nuklear proteinimport er nu kendt. Dette blev muliggjort af demonstrationen om, at nuklear proteinimport er en totrinsproces; det nukleare protein binder til det nukleare porekompleks i en proces, der ikke kræver energi. Dette efterfølges af en energiafhængig translokation af det nukleare protein gennem porekompleksets kanal. Ved at etablere tilstedeværelsen af ​​to forskellige trin i processen blev muligheden for at identificere de involverede faktorer etableret og ført videre til identifikation af importfamilien af ​​NLS-receptorer og GTPase Ran .

Mekanisme ved nuklear import

Proteiner får adgang til kernen gennem kernekapslen. Atomhylsteret består af koncentriske membraner, den ydre og den indre membran. De indre og ydre membraner forbinder på flere steder og danner kanaler mellem cytoplasmaet og nukleoplasmaet. Disse kanaler er optaget af nukleare porekomplekser (NPC'er), komplekse multiproteinstrukturer, der formidler transport over kernemembranen.

Et protein oversat med en NLS vil binde stærkt til importin (aka karyopherin ), og sammen vil komplekset bevæge sig gennem kerneporen. På dette tidspunkt vil Ran-GTP binde til importin-proteinkomplekset, og dets binding vil medføre, at importinet mister affinitet for proteinet. Proteinet frigives, og nu vil Ran-GTP / importin-komplekset bevæge sig ud af kernen gennem den nukleare pore. Et GTPase-aktiverende protein (GAP) i cytoplasmaet hydrolyserer Ran-GTP til BNP, og dette forårsager en konformationsændring i Ran, hvilket i sidste ende reducerer dets affinitet for importin. Importin frigives, og Ran-BNP genvindes tilbage til kernen, hvor en Guanin-nukleotidudvekslingsfaktor (GEF) udveksler sit BNP tilbage med GTP.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links