Последовательность ядерной локализации

Сигнал ядерной локализации или последовательность ( NLS ) представляет собой аминокислотную последовательность, которая «маркирует» белок для импорта в ядро клетки посредством ядерного транспорта . ^[1] Обычно этот сигнал состоит из одной или нескольких коротких последовательностей положительно заряженных лизинов или аргининов, экспонированных на поверхности белка. ^[1] Различные ядерно-локализованные белки могут иметь один и тот же NLS. ^[1] NLS выполняет функцию, противоположную сигналу ядерного экспорта (NES), который направляет белки из ядра.

Типы

Классический

Эти типы NLS можно далее классифицировать как однодольные или двудольные. Основные структурные различия между ними заключаются в том, что два основных аминокислотных кластера в двудольных NLS разделены относительно короткой спейсерной последовательностью (следовательно, двудольные - 2 части), тогда как однодольные NLS - нет. Первым обнаруженным NLS была последовательность PKKKRKV в большом Т-антигене SV40 (однодольный NLS). ^[2] NLS нуклеоплазмина , KR[PAATKKAGQA]KKKK, является прототипом повсеместного двудольного сигнала: два кластера основных аминокислот, разделенных спейсером примерно из 10 аминокислот. ^[3] Оба сигнала распознаются импортином α . Импортин α сам содержит двудольный NLS, который специфически распознается импортином β . Последний можно считать фактическим посредником импорта.

Челский и др . предложили консенсусную последовательность KK/RXK/R для однодольных NLS. ^[3] Таким образом, последовательность Челского может быть частью нижестоящего базового кластера двудольного NLS. Мекка и др . провели сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации Т-антигена SV40 (однодольный), C-myc (однодольный) и нуклеоплазмина (двудольный) и показали аминокислотные особенности, общие для всех трех. Впервые показана роль нейтральных и кислых аминокислот в повышении эффективности NLS. ^[4]

Ротелло и др . сравнили эффективность ядерной локализации NLS, слитых с eGFP, большого T-антигена SV40, нуклеоплазмина (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) и TUS-белка (KLKIKRPVK) посредством быстрой внутриклеточной доставки белка. Они обнаружили значительно более высокую эффективность ядерной локализации c-Myc NLS по сравнению с SV40 NLS. ^[5]

Неклассический

Существует много других типов NLS, таких как кислый домен M9 hnRNP A1, последовательность KIPIK в репрессоре транскрипции дрожжей Matα2 и сложные сигналы U snRNP. Большинство этих NLS, по-видимому, распознаются непосредственно специфическими рецепторами семейства импортина β без вмешательства импортина α-подобного белка. ^[6]

Сигнал, который, по-видимому, специфичен для массово продуцируемых и транспортируемых рибосомальных белков. ^[7]^[8] по-видимому, имеет специализированный набор импортин-β-подобных ядерных рецепторов импорта. ^[9]

Недавно был предложен класс NLS, известный как PY-NLS, первоначально Lee et al. ^[10] Этот мотив PY-NLS, названный так из-за наличия в нем пары аминокислот пролин - тирозин , позволяет белку связываться с импортином β2 (также известным как транспортин или кариоферин β2), который затем перемещает белок-груз в ядро. Определена структурная основа связывания PY-NLS, содержащегося в импортине β2, и разработан ингибитор импорта. ^[11]

Открытие

Наличие ядерной мембраны, которая изолирует клеточную ДНК , является определяющей особенностью эукариотических клеток . Таким образом, ядерная мембрана отделяет ядерные процессы репликации ДНК и транскрипции РНК от цитоплазматического процесса производства белка. Белки, необходимые в ядре, должны быть направлены туда каким-то механизмом. Первое прямое экспериментальное исследование способности ядерных белков накапливаться в ядре было проведено Джоном Гердоном, когда он показал, что очищенные ядерные белки накапливаются в ядре ооцитов лягушки ( Xenopus ) после микроинъекции в цитоплазму. Эти эксперименты были частью серии, которая впоследствии привела к исследованиям ядерного перепрограммирования, имеющим непосредственное отношение к исследованиям стволовых клеток.

Наличие нескольких миллионов поровых комплексов в ядерной мембране ооцита и тот факт, что они, по-видимому, допускают множество различных молекул (инсулин, бычий сывороточный альбумин, наночастицы золота ), привели к мнению, что поры представляют собой открытые каналы и ядерные белки свободно проникают в ядро. через пору и должен накапливаться путем связывания с ДНК или каким-либо другим ядерным компонентом. Другими словами, считалось, что не существует конкретного механизма транспорта.

В 1982 году Дингуолл и Ласки показали, что эта точка зрения неверна. Используя белок под названием нуклеоплазмин, архетипический « молекулярный шаперон », они идентифицировали домен в белке, который действует как сигнал для проникновения в ядро. ^[12] Эта работа стимулировала исследования в этой области, и два года спустя первый NLS был идентифицирован в большом Т-антигене SV40 (или для краткости SV40). Однако функциональный NLS не мог быть идентифицирован в другом ядерном белке просто на основании сходства с NLS SV40. Фактически, лишь небольшой процент клеточных (невирусных) ядерных белков содержал последовательность, подобную NLS SV40. Детальное исследование нуклеоплазмина выявило последовательность, состоящую из двух элементов, состоящих из основных аминокислот, разделенных спейсерным плечом. Один из этих элементов был похож на NLS SV40, но не был способен направлять белок в ядро клетки при присоединении к неядерному репортерному белку. Оба элемента являются обязательными. ^[13] Этот вид NLS стал известен как двудольная классическая NLS. Теперь известно, что двудольный NLS представляет собой основной класс NLS, обнаруженный в клеточных ядерных белках. ^[14] а структурный анализ показал, как сигнал распознается белком-рецептором ( импортином α ). ^[15] (известна также структурная основа некоторых однодольных НЛС ^[16]). Многие молекулярные детали импорта ядерных белков теперь известны. Это стало возможным благодаря демонстрации того, что импорт ядерного белка представляет собой двухэтапный процесс; ядерный белок связывается с комплексом ядерных пор в процессе, не требующем энергии. Далее следует энергозависимая транслокация ядерного белка через канал порового комплекса. ^[17]^[18] Установив наличие двух отдельных стадий в этом процессе, была установлена возможность идентификации участвующих факторов, что привело к идентификации импортинового семейства рецепторов NLS и GTPase Ran .

Механизм ядерного импорта

Белки попадают в ядро через ядерную оболочку. Ядерная оболочка состоит из концентрических мембран: внешней и внутренней. Внутренняя и внешняя мембраны соединяются в нескольких местах, образуя каналы между цитоплазмой и нуклеоплазмой. Эти каналы заняты комплексами ядерных пор (NPC), сложными мультибелковыми структурами, которые обеспечивают транспорт через ядерную мембрану.

Белок, транслируемый с помощью NLS, прочно связывается с импортином (он же кариоферин ), и вместе комплекс перемещается через ядерную пору. В этот момент Ran-GTP свяжется с комплексом импортин-белок, и его связывание приведет к потере сродства импортина к белку. Белок высвобождается, и теперь комплекс Ran-GTP/импортин выйдет обратно из ядра через ядерную пору. Белок , активирующий ГТФазу (GAP) в цитоплазме, гидролизует Ran-GTP до GDP, и это вызывает конформационные изменения Ran, в конечном итоге снижая его сродство к импортину. Импортин высвобождается, и Ran-ВВП возвращается обратно в ядро, где фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) обменивает свой ВВП обратно на GTP.

См. также

Сигнал ядерного экспорта (NES) может направлять белок на экспорт из ядра.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Махато, Рам И.; Смит, Луи К.; Роллан, Ален (1 января 1999 г.), Холл, Джеффри К.; Данлэп, Джей С.; Фридманн, Теодор; Джаннелли, Франческо (ред.), «Фармацевтические перспективы невирусной генной терапии» , «Достижения в генетике», том. 41, Academic Press, стр. 95–156, номер документа : 10.1016/s0065-2660(08)60152-2 , ISBN. 9780120176410 , PMID 10494618 , получено 17 декабря 2020 г.
^ Кальдерон Д., Робертс Б.Л., Ричардсон В.Д., Смит А.Е. (1984). «Короткая аминокислотная последовательность, способная указать расположение ядра». Клетка . 39 (3, часть 2): 499–509. дои : 10.1016/0092-8674(84)90457-4 . ПМИД 6096007 . S2CID 42354737 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Дингуолл С., Роббинс Дж., Дилворт С.М., Робертс Б., Ричардсон В.Д. (сентябрь 1988 г.). «Последовательность ядерной локализации нуклеоплазмина больше и сложнее, чем последовательность большого Т-антигена SV-40» . Дж. Клеточная Биол . 107 (3): 841–9. дои : 10.1083/jcb.107.3.841 . ПМК 2115281 . ПМИД 3417784 .
^ Маккерх Дж. П., Дингуолл С., Ласки Р. А. (август 1996 г.). «Сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации выявляет важность нейтральных и кислых аминокислот» . Курс. Биол . 6 (8): 1025–7. Бибкод : 1996CBio....6.1025M . дои : 10.1016/S0960-9822(02)00648-6 . ПМИД 8805337 .
^ Рэй М., Тан Р., Цзян З., Ротелло В.М. (2015). «Количественное отслеживание доставки белка в ядро с использованием доставки цитозольного белка с помощью нанокапсул, стабилизированных наночастицами» . Биоконъюг. хим. 26 (6): 1004–7. doi : 10.1021/acs.bioconjchem.5b00141 . ПМЦ 4743495 . ПМИД 26011555 .
^ Маттай И.В., Энглмайер Л. (1998). «Нуклеоцитоплазматический транспорт: растворимая фаза» . Анну Рев Биохим . 67 (1): 265–306. doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.265 . ПМИД 9759490 .
^ Тиммерс А.С., Стугер Р., Шаап П.Дж., ван 'т Рит Дж., Рауэ Х.А. (июнь 1999 г.). «Ядерная и ядрышковая локализация рибосомальных белков S22 и S25 Saccharomyces cerevisiae» . ФЭБС Летт . 452 (3): 335–40. Бибкод : 1999FEBSL.452..335T . дои : 10.1016/S0014-5793(99)00669-9 . ПМИД 10386617 .
^ Гарретт Р.А., Даутвейт С.Р., Мэтисон А.Т., Мур П.Б., Ноллер Х.Ф. (2000). Рибосома: структура, функции, антибиотики и клеточные взаимодействия . АСМ Пресс. ISBN 978-1-55581-184-6 .
^ Рут М.П., Блобель Дж., Эйчисон Дж.Д. (май 1997 г.). «Особый путь ядерного импорта, используемый рибосомальными белками» . Клетка . 89 (5): 715–25. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80254-8 . ПМИД 9182759 .
^ Ли Б.Дж., Кансизоглу А.Е., Суэль К.Е., Луи Т.Х., Чжан З., Чук Ю.М. (август 2006 г.). «Правила распознавания последовательностей ядерной локализации кариоферином бета 2» . Клетка . 126 (3): 543–58. дои : 10.1016/j.cell.2006.05.049 . ПМЦ 3442361 . ПМИД 16901787 .
^ Кансизоглу А.Э., Ли Б.Дж., Чжан З.К., Фонтура Б.М., Чук Ю.М. (май 2007 г.). «Структурная разработка ингибитора ядерного импорта специфического пути» . Структурная и молекулярная биология природы . 14 (5): 452–4. дои : 10.1038/nsmb1229 . ПМЦ 3437620 . ПМИД 17435768 .
^ Дингуолл С., Шарник С.В., Ласки Р.А. (сентябрь 1982 г.). «Полипептидный домен, который обеспечивает миграцию нуклеоплазмина в ядро». Клетка . 30 (2): 449–58. дои : 10.1016/0092-8674(82)90242-2 . ПМИД 6814762 . S2CID 39465973 .
^ Дингуолл С., Ласки Р.А. (декабрь 1991 г.). «Последовательности ядерного нацеливания - консенсус?». Тенденции биохимических наук . 16 (12): 478–81. дои : 10.1016/0968-0004(91)90184-W . ПМИД 1664152 .
^ Янагава, Хироши; Томита, Масару; Миямото-Сато, Эцуко; Такашима, Хидеаки; Мацумура, Нобутака; Хасебе, Масако; Косуги, Шуничи (2 января 2009 г.). «Шесть классов сигналов ядерной локализации, специфичных для различных канавок связывания импортина α» . Журнал биологической химии . 284 (1): 478–485. дои : 10.1074/jbc.M807017200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 19001369 .
^ Конти Э., Куриян Дж. (март 2000 г.). «Кристаллографический анализ специфического, но универсального распознавания различных сигналов ядерной локализации кариоферином альфа» . Структура . 8 (3): 329–38. дои : 10.1016/s0969-2126(00)00107-6 . ПМИД 10745017 .
^ Конти Э., Уй М., Лейтон Л., Блобель Г., Куриян Дж. (июль 1998 г.). «Кристаллографический анализ распознавания сигнала ядерной локализации фактором ядерного импорта кариоферином альфа» . Клетка . 94 (2): 193–204. дои : 10.1016/S0092-8674(00)81419-1 . ПМИД 9695948 .
^ Дингуолл С., Роббинс Дж., Дилворт С.М., Робертс Б., Ричардсон В.Д. (сентябрь 1988 г.). «Последовательность ядерной локализации нуклеоплазмина больше и сложнее, чем последовательность большого Т-антигена SV-40» . Журнал клеточной биологии . 107 (3): 841–9. дои : 10.1083/jcb.107.3.841 . ПМК 2115281 . ПМИД 3417784 .
^ Ньюмейер Д.Д., диджей Forbes (март 1988 г.). «Ядерный импорт можно разделить на отдельные этапы in vitro: связывание ядерных пор и транслокацию». Клетка . 52 (5): 641–53. дои : 10.1016/0092-8674(88)90402-3 . ПМИД 3345567 . S2CID 45889419 .

Дальнейшее чтение

Герлих Д. (июнь 1997 г.). «Импорт ядерного белка». Современное мнение в области клеточной биологии . 9 (3): 412–9. дои : 10.1016/S0955-0674(97)80015-4 . hdl : 11858/00-001M-0000-002D-1CC5-E . ПМИД 9159081 .
Ласк С.П., Блобель Дж., Кинг МС (май 2007 г.). «Дорога к внутренней ядерной мембране: правила дороги». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 8 (5): 414–20. дои : 10.1038/nrm2165 . ПМИД 17440484 . S2CID 21070484 .

Внешние ссылки

ресурса Eukaryotic Linear Motif Класс мотива TRG_NLS_Bipartite_1
ресурса Eukaryotic Linear Motif Класс мотива TRG_NLS_MonoCore_2
ресурса Eukaryotic Linear Motif Класс мотива TRG_NLS_MonoExtC_3
ресурса Eukaryotic Linear Motif Класс мотива TRG_NLS_MonoExtC_4

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Махато, Рам И.; Смит, Луи К.; Роллан, Ален (1 января 1999 г.), Холл, Джеффри К.; Данлэп, Джей С.; Фридманн, Теодор; Джаннелли, Франческо (ред.), «Фармацевтические перспективы невирусной генной терапии» , «Достижения в генетике», том. 41, Academic Press, стр. 95–156, номер документа : 10.1016/s0065-2660(08)60152-2 , ISBN. 9780120176410 , PMID 10494618 , получено 17 декабря 2020 г.

[pmid6096007-2] Кальдерон Д., Робертс Б.Л., Ричардсон В.Д., Смит А.Е. (1984). «Короткая аминокислотная последовательность, способная указать расположение ядра». Клетка . 39 (3, часть 2): 499–509. дои : 10.1016/0092-8674(84)90457-4 . ПМИД 6096007 . S2CID 42354737 .

[pmid3417784-3] Перейти обратно: ^а ^б Дингуолл С., Роббинс Дж., Дилворт С.М., Робертс Б., Ричардсон В.Д. (сентябрь 1988 г.). «Последовательность ядерной локализации нуклеоплазмина больше и сложнее, чем последовательность большого Т-антигена SV-40» . Дж. Клеточная Биол . 107 (3): 841–9. дои : 10.1083/jcb.107.3.841 . ПМК 2115281 . ПМИД 3417784 .

[4] Маккерх Дж. П., Дингуолл С., Ласки Р. А. (август 1996 г.). «Сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации выявляет важность нейтральных и кислых аминокислот» . Курс. Биол . 6 (8): 1025–7. Бибкод : 1996CBio....6.1025M . дои : 10.1016/S0960-9822(02)00648-6 . ПМИД 8805337 .

[pmid26011555-5] Рэй М., Тан Р., Цзян З., Ротелло В.М. (2015). «Количественное отслеживание доставки белка в ядро с использованием доставки цитозольного белка с помощью нанокапсул, стабилизированных наночастицами» . Биоконъюг. хим. 26 (6): 1004–7. doi : 10.1021/acs.bioconjchem.5b00141 . ПМЦ 4743495 . ПМИД 26011555 .

[6] Маттай И.В., Энглмайер Л. (1998). «Нуклеоцитоплазматический транспорт: растворимая фаза» . Анну Рев Биохим . 67 (1): 265–306. doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.265 . ПМИД 9759490 .

[7] Тиммерс А.С., Стугер Р., Шаап П.Дж., ван 'т Рит Дж., Рауэ Х.А. (июнь 1999 г.). «Ядерная и ядрышковая локализация рибосомальных белков S22 и S25 Saccharomyces cerevisiae» . ФЭБС Летт . 452 (3): 335–40. Бибкод : 1999FEBSL.452..335T . дои : 10.1016/S0014-5793(99)00669-9 . ПМИД 10386617 .

[8] Гарретт Р.А., Даутвейт С.Р., Мэтисон А.Т., Мур П.Б., Ноллер Х.Ф. (2000). Рибосома: структура, функции, антибиотики и клеточные взаимодействия . АСМ Пресс. ISBN 978-1-55581-184-6 .

[9] Рут М.П., Блобель Дж., Эйчисон Дж.Д. (май 1997 г.). «Особый путь ядерного импорта, используемый рибосомальными белками» . Клетка . 89 (5): 715–25. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80254-8 . ПМИД 9182759 .

[10] Ли Б.Дж., Кансизоглу А.Е., Суэль К.Е., Луи Т.Х., Чжан З., Чук Ю.М. (август 2006 г.). «Правила распознавания последовательностей ядерной локализации кариоферином бета 2» . Клетка . 126 (3): 543–58. дои : 10.1016/j.cell.2006.05.049 . ПМЦ 3442361 . ПМИД 16901787 .

[11] Кансизоглу А.Э., Ли Б.Дж., Чжан З.К., Фонтура Б.М., Чук Ю.М. (май 2007 г.). «Структурная разработка ингибитора ядерного импорта специфического пути» . Структурная и молекулярная биология природы . 14 (5): 452–4. дои : 10.1038/nsmb1229 . ПМЦ 3437620 . ПМИД 17435768 .

[Dingwall1982-12] Дингуолл С., Шарник С.В., Ласки Р.А. (сентябрь 1982 г.). «Полипептидный домен, который обеспечивает миграцию нуклеоплазмина в ядро». Клетка . 30 (2): 449–58. дои : 10.1016/0092-8674(82)90242-2 . ПМИД 6814762 . S2CID 39465973 .

[13] Дингуолл С., Ласки Р.А. (декабрь 1991 г.). «Последовательности ядерного нацеливания - консенсус?». Тенденции биохимических наук . 16 (12): 478–81. дои : 10.1016/0968-0004(91)90184-W . ПМИД 1664152 .

[14] Янагава, Хироши; Томита, Масару; Миямото-Сато, Эцуко; Такашима, Хидеаки; Мацумура, Нобутака; Хасебе, Масако; Косуги, Шуничи (2 января 2009 г.). «Шесть классов сигналов ядерной локализации, специфичных для различных канавок связывания импортина α» . Журнал биологической химии . 284 (1): 478–485. дои : 10.1074/jbc.M807017200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 19001369 .

[15] Конти Э., Куриян Дж. (март 2000 г.). «Кристаллографический анализ специфического, но универсального распознавания различных сигналов ядерной локализации кариоферином альфа» . Структура . 8 (3): 329–38. дои : 10.1016/s0969-2126(00)00107-6 . ПМИД 10745017 .

[16] Конти Э., Уй М., Лейтон Л., Блобель Г., Куриян Дж. (июль 1998 г.). «Кристаллографический анализ распознавания сигнала ядерной локализации фактором ядерного импорта кариоферином альфа» . Клетка . 94 (2): 193–204. дои : 10.1016/S0092-8674(00)81419-1 . ПМИД 9695948 .

[17] Дингуолл С., Роббинс Дж., Дилворт С.М., Робертс Б., Ричардсон В.Д. (сентябрь 1988 г.). «Последовательность ядерной локализации нуклеоплазмина больше и сложнее, чем последовательность большого Т-антигена SV-40» . Журнал клеточной биологии . 107 (3): 841–9. дои : 10.1083/jcb.107.3.841 . ПМК 2115281 . ПМИД 3417784 .

[18] Ньюмейер Д.Д., диджей Forbes (март 1988 г.). «Ядерный импорт можно разделить на отдельные этапы in vitro: связывание ядерных пор и транслокацию». Клетка . 52 (5): 641–53. дои : 10.1016/0092-8674(88)90402-3 . ПМИД 3345567 . S2CID 45889419 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]