Ядерный транспорт
Ядерный транспорт относится к механизмам, с помощью которых молекулы перемещаются через ядерную мембрану клетки. Вход и выход крупных молекул из ядра клетки жестко контролируется комплексами ядерных пор (NPC). Хотя небольшие молекулы могут проникать в ядро без регулирования, [1] макромолекулы, такие как РНК и белки, требуют ассоциации с транспортными факторами, известными как ядерные транспортные рецепторы , такими как кариоферины, называемые импортинами, для входа в ядро и экспортины для выхода. [2] [3]
Ядерный импорт
[ редактировать ]Белок, который должен быть импортирован в ядро из цитоплазмы, несет сигналы ядерной локализации (NLS), которые связываются импортинами . NLS — это последовательность аминокислот, которая действует как метка. Чаще всего они представляют собой гидрофильные последовательности, содержащие остатки лизина и аргинина , хотя документально подтверждены разнообразные последовательности NLS. [1] Белки, транспортная РНК и собранные рибосомальные субъединицы экспортируются из ядра благодаря ассоциации с экспортинами, которые связывают сигнальные последовательности, называемые сигналами ядерного экспорта (NES). Способность как импортинов, так и экспортинов транспортировать свой груз регулируется Ran small G-белком .
G-белки представляют собой ферменты ГТФазы , которые связываются с молекулой, называемой гуанозинтрифосфатом (ГТФ), которую они затем гидролизуют с образованием гуанозиндифосфата (ГДП) и высвобождают энергию. Ферменты RAN существуют в двух нуклеотид-связанных формах: GDP-связанной и GTP-связанной. В состоянии, связанном с GTP, Ran способен связывать импортины и экспортины . Импортины высвобождают груз при связывании с RanGTP, тогда как экспортины должны связывать RanGTP, чтобы сформировать тройной комплекс со своим экспортным грузом. Доминирующее состояние связывания нуклеотидов Ran зависит от того, расположен ли он в ядре (RanGTP) или цитоплазме (RanGDP).
Ядерный экспорт
[ редактировать ]Ядерный экспорт грубо меняет процесс импорта; в ядре экспортин связывает груз и Ran-GTP и диффундирует через пору в цитоплазму, где комплекс диссоциирует. Ran-GTP связывает GAP и гидролизует GTP, и образующийся комплекс Ran-GDP восстанавливается в ядре, где он обменивает связанный лиганд на GTP. Следовательно, в то время как импортины зависят от RanGTP для диссоциации от своего груза, экспортинам требуется RanGTP для связывания со своим грузом. [4]
Специализированный белок-экспортер мРНК перемещает зрелую мРНК в цитоплазму после завершения посттранскрипционной модификации. Этот процесс транслокации активно зависит от белка Ran, хотя конкретный механизм еще недостаточно изучен. Некоторые особенно часто транскрибируемые гены физически расположены вблизи ядерных пор, чтобы облегчить процесс транслокации. [5]
Экспорт тРНК также зависит от различных модификаций, которым она подвергается, что предотвращает экспорт неправильно функционирующей тРНК. Этот механизм контроля качества важен из-за центральной роли тРНК в трансляции, где она участвует в добавлении аминокислот к растущей пептидной цепи. Экспортер тРНК у позвоночных называется экспортин-т . Экспортин-t напрямую связывается со своим грузом тРНК в ядре, и этому процессу способствует присутствие RanGTP. Мутации, влияющие на структуру тРНК, ингибируют ее способность связываться с экспортином-т и, как следствие, экспортировать его, предоставляя клетке еще один этап контроля качества. [6] Как описано выше, как только комплекс пересекает оболочку, он диссоциирует и высвобождает груз тРНК в цитозоль.
Белковый челночный транспорт
[ редактировать ]Известно, что многие белки имеют как NES, так и NLS и, таким образом, постоянно перемещаются между ядром и цитозолем. В некоторых случаях один из этих этапов (т. е. ядерный импорт или ядерный экспорт) регулируется, часто посредством посттрансляционных модификаций .
Ядерный импорт ограничивает распространение крупных белков, экспрессируемых в волокнах скелетных мышц и, возможно, других синцитиальных тканях, поддерживая локализованную экспрессию генов в определенных ядрах. [7] Сочетание NES и NLS способствует распространению крупных белков к более отдаленным ядрам мышечных волокон. [8]
Перемещение белков можно оценить с помощью гетерокарионов анализа слияния . [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Уотсон, доктор медицинских наук; Бейкер Т.А.; Белл СП; Ганн А; Левин М; Лосик Р. (2004). «Ч9-10». Молекулярная биология гена (5-е изд.). Писон Бенджамин Каммингс; ЦХЛ Пресс. ISBN 978-0-8053-9603-4 .
- ^ Макмалл, Монтана; Клаус, Б; Хайнце, я; Чоккалингам, М; Бейер, А; Рассел, РБ; Ори, А; Бек, М. (18 декабря 2017 г.). «Специфика грузов ядерных транспортных рецепторов» . Молекулярная системная биология . 13 (12): 962. doi : 10.15252/msb.20177608 . ПМК 5740495 . ПМИД 29254951 .
- ^ Альбертс, Брюс (2004). Основная клеточная биология (2-е изд.). Научный паб «Гарланд». стр. 504–506 . ISBN 978-0815334811 .
- ^ Пембертон, Люси Ф.; Брайс М. Паскаль (2005). «Механизмы рецептор-опосредованного ядерного импорта и ядерного экспорта» . Трафик . 6 (3). Блэквелл Манксгаард: 187–198. дои : 10.1111/j.1600-0854.2005.00270.x . ПМИД 15702987 . S2CID 172279 .
- ^ Коул, Китай; Скарчелли, Джей-Джей (2006). «Транспорт информационной РНК из ядра в цитоплазму». Curr Opin Cell Biol . 18 (3): 299–306. дои : 10.1016/j.ceb.2006.04.006 . ПМИД 16682182 .
- ^ Гёрлих, Дирк; Ульрике Кутай (1999). «Транспорт между ядром клетки и цитоплазмой». Анну. Преподобный Cell Dev. Биол . 15 : 607–660. дои : 10.1146/annurev.cellbio.15.1.607 . ПМИД 10611974 .
- ^ Тейлор-Вайнер, Гермес; Григсби, Кристофер Л.; Феррейра, Дуарте М.С.; Диас, Хосе М.; Стивенс, Молли М.; Руас, Хорхе Л.; Тейшейра, Ана И. (11 февраля 2020 г.). «Моделирование транспорта ядерных белков по одиночным клеткам скелетных мышц» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 117 (6): 2978–2986. Бибкод : 2020PNAS..117.2978T . дои : 10.1073/pnas.1919600117 . ISSN 0027-8424 . ПМК 7022209 . ПМИД 31988126 .
- ^ Кирил К. Пукалов, М. Кармен Валеро, Дерек Р. Мускато, Линн М. Адамс, Хиджэ Чун, Янг Иль Ли, Надя С. Андраде, Зейн Зейер, Х. Ли Суини и Эрик Т. Ван, Myospreader улучшает ген редактирование скелетных мышц путем миоядерного распространения . Учеб. Натл. акад. наук. США (2024 г.). https://doi.org/10.1073/pnas.2321438121 .
- ^ Гаммал, Розанна; Бейкер, Криста; Хейлман, Дестин (2011). «Гетерокарионный метод анализа локализации конкретных типов клеток» . Журнал визуализированных экспериментов (49): 2488. doi : 10.3791/2488 . ISSN 1940-087X . ПМК 3197295 . ПМИД 21445034 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Анимация ядерного транспорта. Архивировано 7 февраля 2009 г. в Wayback Machine.
- Иллюстрации ядерного транспорта. Архивировано 7 февраля 2009 г. в Wayback Machine.