selectief transport van eiwitten van en naar de kern
de basis voor selectief verkeer over de kernenvelop wordt het best begrepen voor eiwitten die vanuit het cytoplasma naar de kern worden geïmporteerd. Dergelijke proteã nen zijn de oorzaak van alle aspecten van genoomstructuur en functie; zij omvatten histones, de polymerases van DNA, de polymerases van RNA, transcriptiefactoren, het verbinden factoren, en vele anderen., Deze proteã nen worden gericht aan de kern door specifieke aminozuuropeenvolgingen, genoemd nucleaire localisatiesignalen, die hun vervoer door de nucleaire complexe porie leiden.
het eerste kernlokalisatiesignaal dat in detail in kaart werd gebracht, werd in 1984 door Alan Smith en collega ‘ s gekarakteriseerd. Deze onderzoekers bestudeerden simian virus 40 (SV40) t antigeen, een virus gecodeerd eiwit dat virale DNA-replicatie in gang zet in geïnfecteerde cellen (zie hoofdstuk 5). Zoals verwacht voor een replicatieproteã ne, wordt het antigeen van T normaal gelokaliseerd aan de kern., Het signaal verantwoordelijk voor zijn nucleaire lokalisatie werd eerst geà dentificeerd door het vinden dat de verandering van één enkel lysineresidu nucleaire invoer verhindert, resulterend in de accumulatie van t-antigeen in het cytoplasma. Latere studies definieerden het T-antigeen nucleaire lokalisatie signaal als de zeven aminozuursequentie Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val. Niet alleen was deze sequentie noodzakelijk voor het nucleaire transport van t-antigeen, maar zijn toevoeging aan andere, normaal cytoplasmatische, proteã nen was ook voldoende om hun accumulatie in de kern te leiden.,
Kernlokalisatiesignalen zijn sindsdien geïdentificeerd in vele andere eiwitten. De meeste van deze opeenvolgingen, zoals dat van t-antigeen, zijn korte rek rijk aan basis aminozuurresiduen (lysine en arginine). In veel gevallen, echter, zijn de aminozuren die het nucleaire localisatiesignaal vormen dicht bij elkaar maar niet onmiddellijk grenzend aan elkaar. Bijvoorbeeld, bestaat het nucleaire localisatiesignaal van nucleoplasmine (een proteã ne betrokken bij chromatinassemblage) uit twee delen: een Lys-Arg paar gevolgd door vier lysines die tien aminozuren verder stroomafwaarts bevinden (figuur 8.8)., Zowel de opeenvolgingen van Lys-Arg en Lys-Lys-Lys-Lys worden vereist voor het nucleaire richten, maar de tien aminozuren tussen deze opeenvolgingen kunnen worden gemuteerd zonder nucleaire lokalisatie te beà nvloeden. Omdat deze nucleaire localisatiesequentie bestaat uit twee gescheiden elementen, wordt het bipartiet genoemd. De gelijkaardige bipartite motieven schijnen om als localisatiesignalen van vele nucleaire proteã nen te functioneren; aldus kunnen zij gemeenschappelijker zijn dan het eenvoudiger nucleaire localisatiesignaal van t-antigeen., Bovendien bevatten sommige proteã nen, zoals ribosomal proteã nen, verschillende nucleaire localisatiesignalen die geen verband houden met de fundamentele aminozuurrijke nucleaire localisatiesignalen van of nucleoplasmin of T-antigeen.
figuur 8.8
nucleaire lokalisatiesignalen. Het T-signaal van de antigeen nucleaire localisatie is één enkele rek aminozuren. Het kernlokalisatiesignaal van nucleoplasmine is bipartiet, bestaande uit een Lys-Arg-sequentie, gevolgd door een lys-Lys-Lys-lys-sequentie (meer…,)
Eiwitimport via het kernporiëncomplex kan operationeel in twee stappen worden verdeeld, waarbij wordt onderscheiden of er energie nodig is (Figuur 8.9). In de eerste stap, die geen energie vereist, binden de proteã nen die nucleaire localisatiesignalen bevatten aan de nucleaire complexe porie maar gaan niet door de porie over. In deze eerste stap, worden de nucleaire localisatiesignalen erkend door een cytosolic receptorproteã ne, en complex receptor-substraat bindt aan de nucleaire porie. Het prototype receptor, genaamd importin, bestaat uit twee subeenheden., Eén subeenheid (importine α) bindt zich aan de basische aminozuurrijke nucleaire lokalisatiesignalen van eiwitten zoals T-antigeen en nucleoplasmine. De tweede subeenheid (importin β) bindt aan de cytoplasmatische filamenten van het kernporiëncomplex, waardoor het doelproteã ne aan de kernporiën wordt gebracht. Andere types van kernlokalisatiesignalen, zoals die van ribosomale proteã nen, worden herkend door verschillende receptoren die aan importine β verwant zijn en tijdens het transport van hun doelproteã nen in de kern op dezelfde wijze als importine β functioneren.
Figuur 8.,9
Eiwitimport via het kernporiëncomplex. De proteã nen worden door het nucleaire porie complex in twee stappen getransporteerd. In het getoonde voorbeeld wordt een eiwit met een klassieke basische aminozuurrijke nucleaire localisatiesequentie (NLS) herkend door importin (more…)
de tweede stap in de nucleaire import, translocatie via het kernporiëncomplex, is een energieafhankelijk proces dat GTP-hydrolyse vereist. Een belangrijke speler in het translocatieproces is een kleine GTP-bindende proteã ne genoemd Ran, die met de Proteã nen van Ras verwant is (Figuur 8.10)., De bouw en activiteit van Ran worden geregeld door GTP-binding en hydrolyse, zoals Ras of een aantal van de vertaalfactoren die betrokken zijn bij de eiwitsynthese (zie figuur 7.12). De enzymen die GTP band aan liep bevorderen worden gelokaliseerd aan de nucleaire kant van de kernenvelop terwijl de enzymen die GTP hydrolyse bevorderen aan de cytoplasmic kant worden gelokaliseerd. Bijgevolg is er een gradiënt van Ran / GTP over de kernenvelop, met een hoge concentratie van Ran/GTP in de kern en een hoge concentratie van Ran/GDP in het cytoplasma., Deze gradiënt van Ran/GTP wordt verondersteld om de richting van nucleair vervoer te bepalen, en GTP hydrolyse door Ran schijnt voor het grootste deel (zo niet alle) van de energie te verklaren die voor nucleaire invoer wordt vereist. Importine β vormt een complex met importine α en het bijbehorende doeleiwit aan de cytoplasmatische zijde van het kernporiëncomplex, in aanwezigheid van een hoge concentratie Ran/ GDP. Dit complex wordt dan getransporteerd door de kernporie naar de kern, waar een hoge concentratie Ran/GTP aanwezig is., Aan de kernkant van de porie bindt Ran/GTP aan importine β, waardoor importine α en het doeleiwit worden verdrongen. Dientengevolge, wordt de doelproteã ne vrijgegeven binnen de kern. Het ran / GTP-importine β-complex wordt vervolgens geëxporteerd naar het cytosol, waar het gebonden GTP wordt gehydrolyseerd tot het BBP, waardoor importine β wordt vrijgegeven om deel te nemen aan een andere cyclus van nucleaire invoer.
figuur 8.10
rol van het Ran-eiwit bij de invoer van kernenergie., Het Transport door het kernporiëncomplex wordt gedreven door een gradiënt van Ran/GTP, met een hoge concentratie van Ran/GDP in het cytoplasma en een hoge concentratie van Ran/GTP in de kern. Complexen vormen zich tussen (meer…)
sommige eiwitten blijven binnen de kern na hun invoer uit het cytoplasma, maar vele anderen pendelen heen en weer tussen de kern en het cytoplasma. Sommige van deze proteã NEN handelen als dragers in het vervoer van andere molecules, zoals RNAs; anderen coördineren nucleaire en cytoplasmic functies (bijv.,, door het reguleren van de activiteiten van transcriptiefactoren). De proteã nen worden gericht voor de uitvoer van de kern door specifieke aminozuuropeenvolgingen, genoemd nucleaire de uitvoersignalen. Als nucleaire localisatiesignalen, worden de nucleaire uitvoersignalen erkend door receptoren binnen de kern die eiwittransport door het nucleaire porie complex aan het cytoplasma leiden. Interessant is dat de nucleaire export receptoren (genaamd exportines) gerelateerd zijn aan importine β. Evenals bij de invoer van β zijn de exportprodukten gebonden aan Ran, dat zowel voor de uitvoer van kernenergie als voor de invoer van kernenergie vereist is (Figuur 8.11)., Opvallend, nochtans, bevordert Ran/GTP de vorming van stabiele complexen tussen exportins en hun doelproteã nen, terwijl het de complexen tussen importins en hun doelstellingen scheidt. Dit effect van Ran / GTP band op exportins dicteert de beweging van proteã nen die nucleaire uitvoersignalen van de kern aan het cytoplasma bevatten. Aldus, vormen exportins stabiele complexen met hun doelproteã nen in samenwerking met liep/GTP binnen de kern., Na vervoer aan de cytosolic kant van de kernenvelop, leidt de hydrolyse GTP tot dissociatie van de doelproteã ne, die in het cytoplasma wordt vrijgegeven.
figuur 8.11
nucleaire export. Complexen tussen doelproteã nen die nucleaire de uitvoersignalen (NES) dragen, exportins, en liep/ GTP vorm in de kern. Na transport door het nucleaire poriecomplex stimuleert Ran GAP de hydrolyse van gebonden GTP, wat leidt tot vorming (meer…)