Selektiv Transport af Proteiner til og fra Kernen
grundlaget for selektiv trafik på tværs af de nukleare konvolut er bedst forstået af proteiner, der er importeret fra cytoplasmaet til kernen. Sådanne proteiner er ansvarlige for alle aspekter af genomstruktur og funktion; de inkluderer histoner, DNA-polymeraser, RNA-polymeraser, transkriptionsfaktorer, splejsningsfaktorer og mange andre., Disse proteiner er målrettet mod kernen ved hjælp af specifikke aminosyresekvenser, kaldet nukleare lokaliseringssignaler, der dirigerer deres transport gennem det nukleare porekompleks.
det første nukleare lokaliseringssignal, der blev kortlagt i detaljer, blev kendetegnet ved Alan Smith og kolleger i 1984. Disse efterforskere studerede simian virus 40 (SV40) t antigen, et viruskodet protein, der initierer viral DNA-replikation i inficerede celler (se Kapitel 5). Som forventet for et replikationsprotein er T-antigen normalt lokaliseret til kernen., Signalet, der er ansvarligt for dets nukleare lokalisering, blev først identificeret ved at finde ud af, at mutation af en enkelt lysinrest forhindrer nuklear import, hvilket i stedet resulterer i akkumulering af T-antigen i cytoplasmaet. Efterfølgende undersøgelser definerede t-antigen nukleare lokalisering signal som syv-aminosyresekvensen Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val. Ikke kun var denne sekvens nødvendig for den nukleare transport af T-antigen, men dens tilsætning til andre, normalt cytoplasmatiske proteiner var også tilstrækkelig til at dirigere deres akkumulering i kernen.,
nukleare lokaliseringssignaler er siden blevet identificeret i mange andre proteiner. De fleste af disse sekvenser, som For T-antigen, er korte strækninger rige på basiske aminosyrerester (lysin og arginin). I mange tilfælde er aminosyrerne, der danner det nukleare lokaliseringssignal, imidlertid tæt på hinanden, men ikke umiddelbart ved siden af hinanden. Består det nukleare lokaliseringssignal for nucleoplasmin (et protein involveret i kromatinsamling) af to dele: et Lys-Arg-par efterfulgt af fire lysiner placeret ti aminosyrer længere nedstrøms (figur 8.8)., Både Lys-Arg-og Lys-Lys-Lys-Lys sekvenser, der er nødvendige for nuklear målretning, men de ti aminosyrer mellem disse sekvenser kan være muteret, uden at det påvirker nukleare lokalisering. Fordi denne nukleare lokaliseringssekvens består af to adskilte elementer, kaldes den bipartit. Lignende bipartitmotiver ser ud til at fungere som lokaliseringssignaler for mange nukleare proteiner; de kan således være mere almindelige end det enklere nukleare lokaliseringssignal for t-antigen., Derudover indeholder nogle proteiner, såsom ribosomale proteiner, forskellige nukleare lokaliseringssignaler, som ikke er relateret til de basiske aminosyrerige nukleare lokaliseringssignaler af enten nucleoplasmin eller T-antigen.
figur 8.8
nukleare lokaliseringssignaler. T-antigenets nukleare lokaliseringssignal er en enkelt strækning af aminosyrer. I modsætning hertil er nukleoplasmins nukleare lokaliseringssignal bipartit, der består af en Lys-Arg-sekvens, efterfulgt af en Lys-Lys-Lys-Lys-sekvens (mere…,)
proteinimport gennem det nukleare porekompleks kan operationelt opdeles i to trin, kendetegnet ved, om de kræver energi (figur 8.9). I det første trin, som ikke kræver energi, binder proteiner, der indeholder nukleare lokaliseringssignaler, til det nukleare porekompleks, men passerer ikke gennem porerne. I dette indledende trin genkendes nukleare lokaliseringssignaler af et cytosolisk receptorprotein, og receptor-substratkomplekset binder til den nukleare pore. Prototypereceptoren, kaldet importin, består af to underenheder., En underenhed (importin α) binder til de basiske aminosyrerige nukleare lokaliseringssignaler af proteiner, såsom T-antigen og nukleoplasmin. Den anden underenhed (importin β) binder til de cytoplasmatiske filamenter i det nukleare porekompleks, hvilket bringer målproteinet til den nukleare pore. Andre typer nukleare lokaliseringssignaler, såsom ribosomale proteiner, genkendes af forskellige receptorer, der er relateret til importin β og fungerer på samme måde som importin β under transporten af deres målproteiner ind i kernen.
Figur 8.,9
proteinimport gennem det nukleare porekompleks. Proteiner transporteres gennem det nukleare porekompleks i to trin. I det viste eksempel genkendes et protein med en klassisk basisk aminosyrerig nuklear lokaliseringssekvens (NLS) af importin (mere…)
det andet trin i nuklear import, translokation gennem det nukleare porekompleks, er en energiafhængig proces, der kræver GTP-hydrolyse. En nøglespiller i translokationsprocessen er et lille GTP-bindende protein kaldet Ran, som er relateret til Ras-proteinerne (figur 8.10)., Konformationen og aktiviteten af Ran reguleres af GTP-binding og hydrolyse, som Ras eller flere af oversættelsesfaktorerne involveret i proteinsyntese (se figur 7.12). Enzymer, der stimulerer GTP binding til Løb er lokaliseret til den nukleare side af nukleare kuvert, der henviser til, at enzymer, der stimulerer GTP hydrolyse er lokaliseret til den cytoplasmatisk side. Følgelig er der en gradient af Ran/GTP over den nukleare kuvert med en høj koncentration af Ran/GTP i kernen og en høj koncentration af Ran / BNP i cytoplasmaet., Denne gradient af Ran / GTP menes at bestemme retningen af nuklear transport, og GTP-hydrolyse af Ran ser ud til at tegne sig for de fleste (hvis ikke alle) af den energi, der kræves til nuklear import. Importin forms danner et kompleks med importin and og dets tilknyttede målprotein på den cytoplasmatiske side af det nukleare porekompleks i nærvær af en høj koncentration af Ran/ BNP. Dette kompleks transporteres derefter gennem kerneporen til kernen, hvor en høj koncentration af Ran/GTP er til stede., På den nukleare side af porerne binder Ran/GTP sig til importin β, fortrænger importin α og målproteinet. Som et resultat frigives målproteinet i kernen. Ran / GTP-importin β-komplekset eksporteres derefter til cytosolen, hvor den bundne GTP hydrolyseres til BNP, hvilket frigiver importin β for at deltage i en anden cyklus af nuklear import.
figur 8.10
Ran-proteinets rolle i nuklear import., Transport gennem det nukleare porekompleks drives af en gradient af Ran/GTP, med en høj koncentration af Ran/BNP i cytoplasmaet og en høj koncentration af Ran/GTP i kernen. Komplekser danner mellem (mere…)
nogle proteiner forbliver inden i kernen efter deres import fra cytoplasmaet, men mange andre skifter frem og tilbage mellem kernen og cytoplasmaet. Nogle af disse proteiner fungerer som bærere i transporten af andre molekyler, såsom RNA ‘ er; andre koordinerer nukleare og cytoplasmatiske funktioner (f. eks.,, ved at regulere aktiviteterne i transkriptionsfaktorer). Proteiner er målrettet mod eksport fra kernen af specifikke aminosyresekvenser, kaldet nukleare eksportsignaler. Ligesom nukleare lokaliseringssignaler genkendes nukleare eksportsignaler af receptorer i kernen, der dirigerer proteintransport gennem det nukleare porekompleks til cytoplasmaet. Interessant nok er de nukleare eksportreceptorer (kaldet e .portiner) relateret til importin β. Ligesom importin β binder eksportinerne sig til Ran, hvilket er nødvendigt for nuklear eksport såvel som for nuklear import (figur 8.11)., Påfaldende fremmer Ran / GTP imidlertid dannelsen af stabile komplekser mellem e .portiner og deres målproteiner, mens det dissocierer komplekserne mellem importiner og deres mål. Denne effekt af Ran / GTP-binding på e .portiner dikterer bevægelsen af proteiner, der indeholder nukleare eksportsignaler fra kernen til cytoplasmaet. E .portiner danner således stabile komplekser med deres målproteiner i forbindelse med Ran/GTP i kernen., Efter transport til den cytosoliske side af den nukleare kuvert fører GTP-hydrolyse til dissociation af målproteinet, som frigives i cytoplasmaet.
figur 8.11
nuklear eksport. Komplekser mellem målproteiner, der bærer nukleare eksportsignaler (NES), e .portiner og Ran/ GTP form i kernen. Efter transport gennem det nukleare porekompleks stimulerer Ran GAP hydrolysen af bundet GTP, hvilket fører til dannelse (mere…)