Nukleär lokaliseringssekvens - Nuclear localization sequence

En nukleär lokaliseringssignal eller -sekvens ( NLS ) är en aminosyrasekvens som "märker" ett protein för import till cellkärnan genom kärntransport . Vanligtvis består denna signal av en eller flera korta sekvenser av positivt laddade lysiner eller argininer exponerade på proteinytan. Olika kärnlokaliserade proteiner kan dela samma NLS. En NLS har motsatt funktion av en kärnkraftsexportsignal (NES), som riktar proteiner ur kärnan.

Typer

Klassisk

Dessa typer av NLS kan klassificeras ytterligare som antingen monopartit eller bipartit. De stora strukturella skillnaderna mellan de två är att de två basiska aminosyraklusterna i bipartit-NLS separeras av en relativt kort distanssekvens (därmed bipartit - 2 delar), medan monopartit NLS inte är det. Den första NLS som upptäcktes var sekvensen PKKKRKV i SV40 Large T-antigen (en monopartit NLS). NLS för nukleoplasmin , KR [PAATKKAGQA] KKKK, är prototypen för den allestädes närvarande bipartitsignalen: två kluster av basiska aminosyror, åtskilda av en distans av cirka 10 aminosyror. Båda signalerna känns igen av importin α . Importin α innehåller en bipartit NLS i sig, vilket specifikt känns igen av importin β . Den senare kan betraktas som den faktiska importförmedlaren.

Chelsky et al . föreslog konsensus-sekvensen KK / RXK / R för monopartit-NLS. En Chelsky-sekvens kan därför vara en del av det nedströms basiska klustret av en bipartit NLS. Makkah et al . utförde jämförande mutagenes på kärnlokaliseringssignalerna för SV40 T-antigen (monopartit), C-myc (monopartit) och nukleoplasmin (bipartit), och visade aminosyrafunktioner som är gemensamma för alla tre. Rollen av neutrala och sura aminosyror visades för första gången när de bidrog till effektiviteten hos NLS.

Rotello et al . jämförde kärnlokaliseringseffektiviteten för eGFP-smält NLS av SV40 Large T-Antigen, nukleoplasmin (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) och TUS-protein (KLKIKRPVK) genom snabb leverans. De fann betydligt högre kärnkraftslokaliseringseffektivitet för c-Myc NLS jämfört med den för SV40 NLS.

Icke-klassisk

Det finns många andra typer av NLS, såsom den sura M9-domänen för hnRNP A1, sekvensen KIPIK i jästtranskriptionsrepressor Mata2 och de komplexa signalerna från U snRNP. De flesta av dessa NLS verkar kännas igen direkt av specifika receptorer i importin β-familjen utan ingripande av ett importin α-liknande protein.

En signal som verkar vara specifik för de massivt producerade och transporterade ribosomala proteinerna verkar komma med en specialiserad uppsättning importin β-liknande nukleära importreceptorer.

Nyligen har en klass av NLS som kallas PY-NLS föreslagits, ursprungligen av Lee et al. Denna PY-NLS-motivet, kallas så på grund av prolin - tyrosin aminosyraihopkoppling i den, medger att proteinet binder till Importin β2 (även känd som transportin eller karyopherin β2), som sedan translokerar last proteinet in i kärnan. Den strukturella grunden för bindningen av PY-NLS i Importin β2 har bestämts och en importinhibitor utformats.

Upptäckt

Närvaron av kärnmembranet som sekvestrerar det cellulära DNA: t är det definierande kännetecknet för eukaryota celler . Kärnmembranet separerar därför kärnprocesserna för DNA-replikering och RNA- transkription från den cytoplasmiska processen för proteinproduktion. Proteiner som krävs i kärnan måste styras dit med någon mekanism. Den första direkta experimentella undersökningen av kärnproteins förmåga att ackumuleras i kärnan utfördes av John Gurdon när han visade att renade kärnproteiner ackumuleras i kärnan hos grodor ( Xenopus ) oocyter efter att ha mikroinsprutats i cytoplasman. Dessa experiment var en del av en serie som senare ledde till studier av kärnkraftsprogrammering, direkt relevanta för stamcellsforskning.

Närvaron av flera miljoner porkomplex i äggcellens kärnmembran och det faktum att de tycktes tillåta många olika molekyler (insulin, bovint serumalbumin, guldnanopartiklar) ledde till uppfattningen att porerna är öppna kanaler och kärnproteiner fritt kommer in i kärnan genom porerna och måste ackumuleras genom bindning till DNA eller någon annan kärnkomponent. Med andra ord ansågs det inte finnas någon specifik transportmekanism.

Denna uppfattning visade sig vara felaktig av Dingwall och Laskey 1982. Med hjälp av ett protein som kallas nukleoplasmin, den arketypiska ' molekylära chaperonen ', identifierade de en domän i proteinet som fungerar som en signal för kärnkraftsinträde. Detta arbete stimulerade forskningen i området och två år senare identifierades den första NLS i SV40 Large T-antigen (eller kort sagt SV40). En funktionell NLS kunde dock inte identifieras i ett annat kärnprotein bara på grund av likhet med SV40 NLS. I själva verket innehöll endast en liten andel cellulära (icke-virala) nukleära proteiner en sekvens som liknade SV40 NLS. En detaljerad undersökning av nukleoplasmin identifierade en sekvens med två element som består av basiska aminosyror åtskilda av en distansarm. Ett av dessa element liknade SV40 NLS men kunde inte rikta ett protein till cellkärnan när det fästes till ett icke-nukleärt reporterprotein. Båda elementen krävs. Denna typ av NLS har blivit känd som en bipartit klassisk NLS. Bipartit NLS är nu känt för att representera den huvudsakliga klassen av NLS som finns i cellulära kärnproteiner och strukturanalys har avslöjat hur signalen känns igen av ett receptor ( importin α ) protein (den strukturella grunden för vissa monopartit NLS är också känd). Många av de molekylära detaljerna för kärnproteinimport är nu kända. Detta möjliggjordes av demonstrationen att kärnproteinimport är en tvåstegsprocess. kärnproteinet binder till kärnkomplexet i en process som inte kräver energi. Detta följs av en energiberoende translokation av kärnproteinet genom porkomplexets kanal. Genom att fastställa närvaron av två distinkta steg i processen fastställdes möjligheten att identifiera de involverade faktorerna och ledde vidare till identifieringen av importfamiljen av NLS-receptorer och GTPase Ran .

Mekanism för kärnimport

Proteiner får inträde i kärnan genom kärnhöljet. Kärnhöljet består av koncentriska membran, det yttre och det inre membranet. De inre och yttre membranen ansluter på flera ställen och bildar kanaler mellan cytoplasman och nukleoplasman. Dessa kanaler är upptagna av kärnkomplexkomplex (NPC), komplexa multiproteinstrukturer som förmedlar transporten över kärnmembranet.

Ett protein översatt med en NLS binder starkt till importin (aka karyopherin ), och tillsammans kommer komplexet att röra sig genom kärnporerna. Vid denna tidpunkt kommer Ran-GTP att binda till importin-proteinkomplexet, och dess bindning kommer att få importinet att förlora affinitet för proteinet. Proteinet frigörs och nu kommer Ran-GTP / importin-komplexet att röra sig ut ur kärnan genom kärnporen. Ett GTPas-aktiverande protein (GAP) i cytoplasman hydrolyserar Ran-GTP till BNP, och detta orsakar en konformationell förändring i Ran, vilket slutligen minskar dess affinitet för importin. Importin släpps och Ran-BNP återvinns tillbaka till kärnan där en Guanin-nukleotidutbytesfaktor (GEF) byter tillbaka sin BNP mot GTP.

Se även

Referenser

Vidare läsning

externa länkar