Selektiv Transport av Proteiner til og fra Kjernen
grunnlag for selektiv trafikk over den kjernefysiske konvolutt er best forstått for proteiner som er importert fra cytoplasma til kjernen. Slike proteiner er ansvarlig for alle aspekter av genom struktur og funksjon; de inkluderer histones, DNA polymerases, RNA polymerases, transkripsjon faktorer, skjøting faktorer, og mange andre., Disse proteinene er rettet inn mot kjernen av spesifikke aminosyre sekvenser, kalt kjernefysiske lokalisering signaler, som direkte transport sin gjennom kjernefysisk pore komplekse.
Den første kjernefysiske lokalisering signal til å bli kartlagt i detalj var preget av Alan Smith og kolleger i 1984. Disse etterforskerne studert simian virus 40 (SV40) T-antigen, en virus-kodet protein som initierer viral DNA replikasjon i infiserte celler (se Kapittel 5). Som forventet for en replikering protein, T-antigen vanligvis er lokalisert til cellekjernen., Signalet ansvarlig for sine kjernefysiske lokalisering ble først identifisert av å finne at mutasjon av en enkelt lysin rester hindrer kjernefysiske import, noe som resulterer i stedet i akkumulering av T-antigen i cytoplasma. Senere studier definert T-antigen kjernefysiske lokalisering signal som sju-amino-acid sequence Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val. Ikke bare var denne sekvensen er nødvendig for kjernefysisk transport av T-antigen, men sin tillegg til andre, normalt cytoplasma, proteiner var også tilstrekkelig til å styre sine akkumulering i kjernen.,
Kjernefysiske lokalisering signaler har siden blitt identifisert i mange andre proteiner. De fleste av disse sekvenser, slik som T-antigen, er korte strekninger rik på grunnleggende aminosyre rester (lysin og arginin). I mange tilfeller er, imidlertid, aminosyrer som danner kjernefysiske lokalisering signal er nær hverandre, men ikke umiddelbart ved siden av hverandre. For eksempel, den kjernefysiske lokalisering signal om nucleoplasmin (et protein som er involvert i chromatin montering) består av to deler: en Lys-Arg par etterfulgt av fire lysines ligger ti aminosyrer lenger nedstrøms (Figur 8.8)., Både Lys-Arg og Lys-Lys-Lys-Lys-sekvenser er nødvendig for kjernefysisk målretting, men de ti aminosyrer mellom disse sekvensene kan være mutert uten at det påvirker kjernefysiske lokalisering. Fordi dette kjernefysiske lokalisering sekvens består av to separate elementer, er det referert til som bipartite. Lignende bipartite motiver synes å fungere som localization signaler av mange kjernefysiske proteiner, så de kan være mer vanlig enn de enklere kjernefysiske lokalisering signal av T-antigen., I tillegg, noen proteiner, slik som ribosom proteiner, inneholder forskjellige kjernefysiske lokalisering signaler som er knyttet til de grunnleggende aminosyre-rik kjernefysiske lokalisering av signaler enten nucleoplasmin eller T-antigen.
Figur 8.8
Kjernefysiske lokalisering signaler. T-antigen kjernefysiske lokalisering signal er en enkelt strekning av aminosyrer. I kontrast, den kjernefysiske lokalisering signal om nucleoplasmin er bipartite, som består av en Lys-Arg rekkefølge, etterfulgt av en Lys-Lys-Lys-Lys-sekvens (mer…,)
Protein import gjennom kjernefysisk pore-komplekset kan være operativt delt inn i to trinn, preget av om de krever energi (Figur 8.9). I det første trinnet, som ikke krever energi, proteiner som inneholder kjernefysiske lokalisering signaler binder seg til den kjernefysiske pore komplekse, men ikke passere gjennom porene. I denne innledende trinn, kjernefysiske lokalisering signaler er anerkjent av en cytosolic reseptor proteinet, og reseptor-substrat-kompleks binder seg til den kjernefysiske pore. Prototypen reseptor, kalt importin, består av to underenhetene., En subunit (importin α) binder seg til de grunnleggende aminosyre-rik kjernefysiske lokalisering signaler av proteiner slik som T-antigen og nucleoplasmin. Den andre subunit (importin β) binder seg til cytoplasma filamenter av kjernefysiske pore komplekse, noe som mål protein til kjernefysiske pore. Andre typer av kjernefysiske lokalisering signaler, slik som de av ribosom-proteiner, som er anerkjent av forskjellige reseptorer som er i slekt å importin β og funksjon på samme måte som importin β under transport av sine mål proteiner inn i kjernen.
Figur 8.,9
Protein import gjennom kjernefysisk pore komplekse. Proteiner blir transportert gjennom kjernefysisk pore kompleks i to trinn. I eksemplet vist, et protein med en klassisk grunnleggende aminosyre-rik kjernefysiske lokalisering sekvens (NLS) er anerkjent av importin (mer…)
Det andre trinnet i kjernefysiske import, translocation gjennom kjernefysisk pore komplekse, er en energi-avhengige prosess som krever GTP hydrolyse. En viktig aktør i translocation prosessen er en liten GTP-bindende protein som heter Løp, som er relatert til Ras proteiner (Figur 8.10)., Conformation og aktivitet av Løp er regulert av GTP bindende og hydrolyse, som Ras eller flere av oversettelsen faktorer involvert i proteinsyntesen (se Figur 7.12). Enzymer som stimulerer GTP binding til Løp er lokalisert til den kjernefysiske siden av kjernefysiske konvolutt mens enzymer som stimulerer GTP hydrolyse er lokalisert til cytoplasma side. Følgelig er det en gradient av Løp/GTP over kjernefysiske konvolutt, med en høy konsentrasjon av Løp/GTP i kjernen og en høy konsentrasjon av Løp/BNP i cytoplasma., Denne fargeovergangen av Løp/GTP er tenkt å avgjøre tekstretning av kjernefysiske transport, og GTP hydrolyse av Løp ser ut til å gjøre rede for de fleste (om ikke alle) av den energien som kreves for kjernefysisk import. Importin β danner et kompleks med importin α og tilhørende mål protein på cytoplasma siden av kjernefysiske pore komplekse, i nærvær av en høy konsentrasjon av Løp/ BNP. Dette komplekset er transportert gjennom kjernefysisk pore til kjernen, hvor en høy konsentrasjon av Løp/GTP er til stede., På det kjernefysiske siden av pore, Løp/GTP binder seg til importin β, til fortrengsel for importin α og målet protein. Som et resultat, er målet protein er utgitt i kjernen. De Løp/GTP-importin β komplekset er eksportert til cytosol, hvor bundet GTP er hydrolysert til BNP, slippe importin β å delta i en annen syklus av kjernefysiske import.
Figur 8.10
Rollen som Kjørte protein i kjernefysiske import., Transport gjennom kjernefysisk pore komplekset er drevet av en gradient av Løp/GTP, med en høy konsentrasjon av Løp/BNP i cytoplasma og en høy konsentrasjon av Løp/GTP i kjernen. Komplekser mellom form (mer…)
Noen proteiner forbli i kjernen følgende deres import fra cytoplasma, men mange andre transport frem og tilbake mellom kjernen og cytoplasma. Noen av disse proteinene fungerer som bærere i transport av andre molekyler, slik som RNAs; andre koordinere kjernefysiske og cytoplasma funksjoner (f.eks., ved å regulere virksomheten til transkripsjonfaktorer). Proteiner er målrettet for eksport fra kjernen av spesifikke aminosyre sekvenser, kalt kjernefysiske eksport-signaler. Som kjernefysiske lokalisering signaler, kjernefysiske eksport signal er gjenkjent av reseptorer i kjernen som direkte protein transport gjennom kjernefysisk pore komplekse til cytoplasma. Det er interessant at den kjernefysiske eksport-reseptorer (kalt exportins) er i slekt å importin β. Som importin β, den exportins binde seg til Løp, som er nødvendig for kjernefysisk eksport, samt for kjernefysisk import (Figur 8.11)., Påfallende, men Løp/GTP fremmer dannelse av stabile komplekser mellom exportins og deres mål proteiner, mens det distanserer komplekser mellom importins og sine mål. Denne effekten av Løp/GTP bindende på exportins tilsier bevegelse av proteiner som inneholder kjernefysiske eksport signaler fra cellekjernen til cytoplasma. Dermed exportins danner stabile komplekser med sine mål proteiner i forbindelse med Løp/GTP i kjernen., Følgende transport til cytosolic siden av kjernefysiske konvolutt, GTP hydrolyse fører til dissosiasjon av målet protein, noe som er sluppet ut i cytoplasma.
Figur 8.11
Kjernefysiske eksport. Komplekser mellom mål proteiner bære kjernefysiske eksport-signaler (NES), exportins, og Løp/ GTP form i kjernen. Følgende transport gjennom kjernefysisk pore komplekse, Kjørte GAP stimulerer hydrolyse av bundet GTP, som fører til dannelse (mer…)