Importation - Importin

Importin est un type de karyophérine que transports protéines molécules de la cellule de cytoplasme vers le noyau . Il le fait en se liant à des séquences de reconnaissance spécifiques , appelées séquences de localisation nucléaire (NLS).

Importin a deux sous-unités, importin α et importin β. Les membres de la famille des importine-β peuvent lier et transporter des marchandises par eux-mêmes, ou peuvent former des hétérodimères avec l'importine-α. En tant qu'élément d'un hétérodimère , l'importine-β médie les interactions avec le complexe de pores , tandis que l'importine-α agit comme une protéine adaptatrice pour lier le signal de localisation nucléaire (NLS) sur la cargaison. Le trimère NLS-Importin α-Importin β se dissocie après liaison à Ran GTP à l'intérieur du noyau , les deux protéines importine étant recyclées dans le cytoplasme pour une utilisation ultérieure.

Découverte

L'importine peut exister soit sous forme d' hétérodimère d'importine-α/β, soit sous forme de monomère d'Importine-β. Importin-α a été isolé pour la première fois en 1994 par un groupe comprenant Enno Hartmann , basé au Centre Max Delbrück de médecine moléculaire . Le processus d'importation de protéines nucléaires avait déjà été caractérisé dans des revues précédentes, mais les protéines clés impliquées n'avaient pas été élucidées jusqu'à ce point. Une protéine cytosolique de 60 kDa , essentielle pour l'importation de la protéine dans le noyau, et avec une identité de séquence de 44 % avec SRP1p , a été purifiée à partir d' œufs de Xénope . Il a été cloné, séquencé et exprimé dans E. coli et afin de reconstituer complètement le transport dépendant du signal, il a dû être combiné avec Ran (TC4). D'autres facteurs stimulants clés ont également été trouvés dans l'étude.

L'importine-β, contrairement à l'importine-α, n'a pas d' homologues directs dans la levure, mais a été purifiée sous forme de protéine de 90-95 kDa et s'est avérée former un hétérodimère avec l'importine-α dans un certain nombre de cas différents. Celles-ci comprenaient une étude dirigée par Michael Rexach et d'autres études par Dirk Görlich . Ces groupes ont découvert que l'importine-α nécessite une autre protéine, l'importine-β pour fonctionner, et qu'ensemble, ils forment un récepteur pour les signaux de localisation nucléaire (NLS) , permettant ainsi le transport dans le noyau . Depuis ces découvertes initiales en 1994 et 1995, une multitude de gènes d'Importine, tels que IPO4 et IPO7 , ont été découverts qui facilitent l'importation de protéines cargo légèrement différentes, en raison de leur structure et de leur localisation différentes.

Structure

Importin-α

Une grande partie de la protéine adaptatrice importine-α est constituée de plusieurs répétitions de tatou (ARM) disposées en tandem . Ces répétitions peuvent s'empiler pour former une structure de forme incurvée, ce qui facilite la liaison au NLS de protéines de cargaison spécifiques. Le site de liaison NLS majeur se trouve vers l' extrémité N-terminale , avec un site mineur se trouvant à l' extrémité C-terminale . En plus des structures ARM , l'Importine-α contient également une région N-terminale de 90 acides aminés , responsable de la liaison à l'Importine-β, connue sous le nom de domaine de liaison à l'Importine-β (IBB). C'est également un site d'autoinhibition, et est impliqué dans la libération de la cargaison une fois que l'importine-α atteint le noyau .

Importin-β

L'importine-β est la structure typique d'une superfamille plus large de caryopherines . La base de leur structure est constituée de 18 à 20 répétitions en tandem du motif HEAT . Chacune de ces répétitions contient deux hélices alpha antiparallèles reliées par un tour , qui s'empilent pour former la structure globale de la protéine .

Afin de transporter la cargaison dans le noyau , l' importine-β doit s'associer aux complexes de pores nucléaires . Il le fait en formant des liaisons faibles et transitoires avec les nucléoporines au niveau de leurs divers motifs F G (Phe-Gly). L' analyse cristallographique a montré que ces motifs se lient à l'importine-β au niveau des poches hydrophobes peu profondes trouvées à sa surface.

Cycle d'importation de protéines nucléaires

La fonction principale de l'importine est de médier la translocation de protéines avec des signaux de localisation nucléaire dans le noyau , par le biais de complexes de pores nucléaires (NPC) , dans un processus connu sous le nom de cycle d'importation de protéines nucléaires.

Reliure cargo

La première étape de ce cycle est le liage de la cargaison. Importin peut effectuer cette fonction en tant que monomère importin-β protéine , mais nécessite généralement la présence de importin-α, qui agit comme un adaptateur pour des protéines de cargaison (via des interactions avec le NLS ). Le NLS est une séquence d' acides aminés basiques qui marque la protéine comme une cargaison destinée au noyau . Une protéine cargo peut contenir un ou deux de ces motifs , qui se lieront aux sites de liaison majeurs et/ou mineurs sur l'importine-α.

Aperçu du cycle d'importation des protéines nucléaires.

Transport de marchandises

Une fois que la protéine cargo est liée, l'importine-β interagit avec le NPC et le complexe diffuse dans le noyau à partir du cytoplasme . Le taux de diffusion dépend à la fois de la concentration d'importine-α présente dans le cytoplasme et également de l' affinité de liaison de l'importine-α à la cargaison. Une fois à l'intérieur du noyau , le complexe interagit avec la GTPase de la famille Ras , Ran-GTP . Cela conduit à la dissociation du complexe en modifiant la conformation de l'Importine-in. Importin-β est laissé lié à Ran - GTP , prêt à être recyclé.

Libération de la cargaison

Maintenant que le complexe importine-α/cargo est exempt d'importine-β, la protéine cargo peut être libérée dans le noyau . Le domaine N-terminal importin-β-binding (IBB) de l'importin-α contient une région autorégulatrice qui imite le motif NLS . La libération d'importine-β libère cette région et lui permet de revenir en arrière et d'entrer en compétition pour la liaison avec la protéine cargo au niveau du site majeur de liaison NLS . Cette compétition conduit à la libération de la protéine . Dans certains cas, des facteurs de libération spécifiques tels que Nup2 et Nup50 peuvent également être utilisés pour aider à libérer la cargaison.

Recyclage

Enfin, pour retourner dans le cytoplasme , l'importine-α doit s'associer à un complexe Ran-GTP / CAS (nuclear export factor) qui facilite sa sortie du noyau . La CAS (protéine de susceptibilité à l'apoptose cellulaire) fait partie de la superfamille des importines-β des caryopherines et est définie comme un facteur d'exportation nucléaire. L'importine-β retourne dans le cytoplasme , toujours liée à Ran - GTP . Une fois dans le cytoplasme , Ran - GTP est hydrolysé par Ran GAP , formant Ran - GDP et libérant les deux importines pour une activité ultérieure. C'est cette hydrolyse du GTP qui fournit l'énergie pour l'ensemble du cycle. Dans le noyau , un GEF chargera Ran avec une molécule GTP , qui est ensuite hydrolysée par un GAP dans le cytoplasme , comme indiqué ci-dessus. C'est cette activité de Ran qui permet le transport unidirectionnel des protéines .

Maladie

Il existe plusieurs états pathologiques et pathologies associés à des mutations ou à des changements dans l'expression de l'importine-α et de l'importine-β.

Les importines sont des protéines régulatrices vitales au cours des processus de gamétogenèse et d' embryogenèse . En conséquence, il a été démontré qu'une perturbation des profils d'expression de l'importine-α provoque des défauts de fertilité chez Drosophila melanogaster .

Des études ont également établi un lien entre l'importine-α modifiée et certains cas de cancer . Des études sur le cancer du sein ont impliqué une forme tronquée d'importine-α dans laquelle le domaine de liaison NLS est manquant. En outre, importin-α a été montré pour transporter le gène suppresseur de tumeur , BRCA1 (type de cancer du sein une protéine de sensibilité) , dans le noyau . La surexpression de l'importine-α a également été liée aux faibles taux de survie observés chez certains patients atteints de mélanome .

L'activité importine est également associée à certaines pathologies virales . Par exemple, dans la voie d'infection du virus Ebola , une étape clé est l'inhibition de l'importation nucléaire de PY-STAT1 . Ceci est réalisé par le virus séquestrant l' importine-α dans le cytoplasme , ce qui signifie qu'il ne peut plus lier sa cargaison au NLS . En conséquence, l'importine ne peut pas fonctionner et la protéine cargo reste dans le cytoplasme.

Types de cargaison

De nombreuses protéines cargo différentes peuvent être transportées dans le noyau par l'importine. Souvent, différentes protéines nécessiteront différentes combinaisons de et pour effectuer la translocation. Quelques exemples de différentes cargaisons sont énumérés ci-dessous.

Gènes d'importation humaine

Bien que l'importine-α et l'importine-β soient utilisées pour décrire l'importine dans son ensemble, elles représentent en fait de plus grandes familles de protéines qui partagent une structure et une fonction similaires. Divers gènes différents ont été identifiés à la fois pour α et β, dont certains sont énumérés ci-dessous. Notez que souvent la caryopherine et l'importine sont utilisées de manière interchangeable.

• Importation : IPO4 , IPO5 , IPO7 , IPO8 , IPO9 , IPO11 , IPO13
• Caryophérine-α : KPNA1 , KPNA2 , KPNA3 , KPNA4 , KPNA5 , KPNA6
• Caryophérine-β : KPNB1

Voir également

• Caryophérine
• Séquence de localisation nucléaire
• Complexe de pores nucléaires
• Transport nucléaire
• Ran (gène)

Les références

Liens externes

• Importines à la National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH) des États-Unis
• PDB Molécule du mois Importins