Secvența de localizare nucleară - Nuclear localization sequence

Un semnal nuclear de localizare sau secvență ( NLS ) este un amino acid secvență care tag - uri o proteină pentru importul în nucleul celulei de transport nuclear . De obicei, acest semnal constă din una sau mai multe secvențe scurte de lizine sau arginine încărcate pozitiv expuse pe suprafața proteinei. Diferite proteine ​​localizate nucleare pot avea același NLS. Un NLS are funcția opusă unui semnal de export nuclear (NES), care vizează proteinele din nucleu.

Tipuri

Clasic

Aceste tipuri de NLS pot fi clasificate în continuare fie ca monopartite, fie bipartite. Diferențele structurale majore dintre cele două constau în faptul că cele două grupuri de aminoacizi bazici din NLS bipartite sunt separate printr-o secvență distanțieră relativ scurtă (deci bipartită - 2 părți), în timp ce NLS monopartite nu sunt. Primul NLS care a fost descoperit a fost secvența PKKKRKV în antigenul T SV40 mare (un NLS monopartit). NLS de nucleoplasmină , KR [PAATKKAGQA] KKKK, este prototipul semnalului omniprezent bipartit: două grupuri de aminoacizi bazici, separați printr-un distanțier de aproximativ 10 aminoacizi. Ambele semnale sunt recunoscute de importin α . Importina α conține un NLS bipartit în sine, care este recunoscut în mod specific de importina β . Acesta din urmă poate fi considerat mediatorul efectiv de import.

Chelsky și colab . a propus secvența consens KK / RXK / R pentru NLS monopartite. Prin urmare, o secvență Chelsky poate face parte din grupul de bază din aval al unui NLS bipartit. Makkah și colab . a efectuat mutageneză comparativă asupra semnalelor de localizare nucleară ale SV40 T-Antigen (monopartit), C-myc (monopartit) și nucleoplasmin (bipartit) și a prezentat caracteristici ale aminoacizilor comune tuturor celor trei. Rolul aminoacizilor neutri și acizi a fost arătat pentru prima dată în contribuția la eficiența NLS.

Rotello și colab . a comparat eficiența localizării nucleare a NLS-urilor fuzionate de eGFP ale antigenului T SV40 mare, nucleoplasminei (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) și proteinei TUS-rapid (KLK). Au descoperit o eficiență de localizare nucleară semnificativ mai mare a c-Myc NLS comparativ cu cea a SV40 NLS.

Non-clasic

Există multe alte tipuri de NLS, cum ar fi domeniul acid M9 al hnRNP A1, secvența KIPIK în represorul de transcripție a drojdiei Matα2 și semnalele complexe ale U snRNP-urilor. Majoritatea acestor NLS par a fi recunoscute direct de către receptori specifici ai familiei importin β fără intervenția unei proteine ​​asemănătoare importinei α.

Un semnal care pare a fi specific pentru proteinele ribozomale produse și transportate masiv, pare să vină cu un set specializat de receptori de import nucleari asemănători β.

Recent, a fost propusă o clasă de NLS cunoscute sub numele de PY-NLS, inițial de Lee și colab. Acest motiv PY-NLS, numit astfel datorită prolină - tirozina amino împerechere acidă în ea, permite proteinei de a se lega la importin β2 ( de asemenea , cunoscut sub numele de transportin sau karyopherin β2), care translocates apoi proteina de marfa in nucleu. Baza structurală pentru legarea PY-NLS conținută în Importin β2 a fost determinată și s-a proiectat un inhibitor al importului.

Descoperire

Prezența membranei nucleare care sechestrează ADN-ul celular este caracteristica definitorie a celulelor eucariote . Prin urmare, membrana nucleară separă procesele nucleare de replicare a ADN-ului și transcripția ARN-ului de procesul citoplasmatic de producție a proteinelor. Proteinele necesare în nucleu trebuie direcționate acolo printr-un mecanism. Prima examinare experimentală directă a capacității proteinelor nucleare de a se acumula în nucleu a fost efectuată de John Gurdon când a arătat că proteinele nucleare purificate se acumulează în nucleul ovocitelor de broască ( Xenopus ) după ce au fost micro-injectate în citoplasmă. Aceste experimente au făcut parte dintr-o serie care a condus ulterior la studii de reprogramare nucleară, direct relevante pentru cercetarea celulelor stem.

Prezența a câteva milioane de complexe de pori în membrana nucleară a ovocitelor și faptul că acestea păreau să admită multe molecule diferite (insulină, albumină serică bovină, nanoparticule de aur) au condus la opinia că porii sunt canale deschise și proteinele nucleare intră liber în nucleu prin por și trebuie să se acumuleze prin legarea la ADN sau la o altă componentă nucleară. Cu alte cuvinte, se credea că nu există un mecanism de transport specific.

Această viziune s-a dovedit a fi incorectă de Dingwall și Laskey în 1982. Folosind o proteină numită nucleoplasmină, „ chaperona moleculară ” arhetipală , au identificat un domeniu din proteină care acționează ca un semnal pentru intrarea nucleară. Această lucrare a stimulat cercetarea în zonă și doi ani mai târziu, primul NLS a fost identificat în SV40 antigen T mare (sau SV40, pe scurt). Cu toate acestea, un NLS funcțional nu a putut fi identificat într-o altă proteină nucleară pur și simplu pe baza similarității cu SV40 NLS. De fapt, doar un procent mic de proteine ​​nucleare celulare (non-virale) conținea o secvență similară cu SV40 NLS. O examinare detaliată a nucleoplasminei a identificat o secvență cu două elemente formate din aminoacizi bazici separați de un braț distanțier. Unul dintre aceste elemente a fost similar cu SV40 NLS, dar nu a fost capabil să direcționeze o proteină către nucleul celulei atunci când este atașat la o proteină reporter non-nucleară. Ambele elemente sunt necesare. Acest tip de NLS a devenit cunoscut ca un NLS clasic bipartit. NLS bipartit este acum cunoscut pentru a reprezenta clasa principală de NLS găsit în proteinele nucleare celulare, iar analiza structurală a relevat modul în care semnalul este recunoscut de o proteină receptor ( importin α ) (se cunoaște și baza structurală a unor NLS monopartite). Multe dintre detaliile moleculare ale importului de proteine ​​nucleare sunt acum cunoscute. Acest lucru a fost posibil prin demonstrația că importul de proteine ​​nucleare este un proces în doi pași; proteina nucleară se leagă de complexul porilor nucleari într-un proces care nu necesită energie. Aceasta este urmată de o translocare dependentă de energie a proteinei nucleare prin canalul complexului porilor. Prin stabilirea prezenței a două etape distincte în proces, a fost stabilită posibilitatea identificării factorilor implicați și a condus la identificarea familiei importinilor de receptori NLS și a GTPase Ran .

Mecanismul importului nuclear

Proteinele intră în nucleu prin învelișul nuclear. Învelișul nuclear este format din membrane concentrice, membrana exterioară și membrana interioară. Membranele interioare și exterioare se conectează în mai multe locuri, formând canale între citoplasmă și nucleoplasmă. Aceste canale sunt ocupate de complexe de pori nucleari (NPC), structuri complexe multiproteice care mediază transportul prin membrana nucleară.

O proteină tradusă cu un NLS se va lega puternic de importină (aka carioferină ) și, împreună, complexul se va deplasa prin porul nuclear. În acest moment, Ran-GTP se va lega de complexul importină-proteină, iar legarea acestuia va determina importina să piardă afinitatea pentru proteină. Proteina este eliberată, iar acum complexul Ran-GTP / importină se va deplasa înapoi din nucleu prin porul nuclear. O proteină activatoare a GTPazei (GAP) din citoplasmă hidrolizează Ran-GTP la PIB, ceea ce determină o schimbare conformațională a Ran, reducând în cele din urmă afinitatea sa pentru importină. Importina este eliberată și Ran-GDP este reciclat înapoi în nucleu, unde un factor de schimb de nucleotide Guanine (GEF) își schimbă PIB-ul înapoi cu GTP.

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe