Функции сигнала ядерной локализации (NLS)

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 14.12.2024

  • Сигна́л я́дерной локализа́ции (англ. nuclear localization signal, NLS) — участок молекулы белка, необходимый и достаточный для его локализации в ядре клетки. Сигнал ядерной локализации — это место узнавания белка транспортными факторами — кариоферинами (транспортинами), которые осуществляют его перенос в ядро.

Связанные понятия

Сигнальный пептид, или сигнальная последовательность, — короткая (от 3 до 60 аминокислот) аминокислотная последовательность в составе белка, которая обеспечивает котрансляционный или посттрансляционный транспорт белка в соответствующую органеллу (ядро, митохондрия, эндоплазматический ретикулум, хлоропласт, апопласт или пероксисома). После доставки белка в органеллу сигнальный пептид может отщепляться под действием специфической сигнальной протеазы.

Сплайсосо́ма — структура, состоящая из молекул РНК и белков и осуществляющая удаление некодирующих последовательностей (интронов) из предшественников мРНК. Этот процесс называется сплайсингом (от англ. splicing — сращивание).

Корепрессор — вещество, которое ингибирует экспрессию генов. Для прокариот корепрессорами являются низкомолекулярные вещества или малые молекулы, тогда как в эукариотах, корепрессорами являются белки. Корепрессоры непосредственно не связывают ДНК, но вместо этого косвенно регулируют экспрессию гена путём связывания с репрессорами и усиливают или модулируют их действие.

Нокдаун гена (англ. Gene knockdown) — методика, позволяющая снизить экспрессию одного или нескольких генов при помощи изменения соответствующей последовательности нуклеотидов, либо при помощи короткого олигонуклеотида, комплементарного соответствующей молекуле мРНК. Метод нокдауна генов относится к методам обратной генетики. В случае, когда изменяется последовательность гена, организм называют нокаутным по данному гену. В случае использования коротких олигонуклеотидов, комплементарных соответствующим.

Убиквитинлигаза (англ. E3 ubiquitin ligase) — фермент-лигаза, ковалентно присоединяющий убиквитин к белку-мишени изопептидной связью. Убиквитинлигазы являются частью системы убиквитинопосредованного распада белка в протеасомах. Известно, что протеасома расщепляет не любые белки, а только те, которые были «помечены» убиквитином. Убиквитинлигазы специфично узнают белки-субстраты и участвуют в их полиубиквитинировании (присоединении цепочек из молекул убиквитина), которое, в конечном счёте, приводит.

Ядерные поры, или ядерные поровые комплексы, — крупные белковые комплексы, пронизывающие ядерную мембрану и осуществляющие транспорт макромолекул между цитоплазмой и ядром клетки. Переход молекул из ядра в цитоплазму и в обратном направлении называется ядерно-цитоплазматическим транспортом.

Экзонуклеазы — белки из группы нуклеаз, отщепляющие концевые мононуклеотиды от полинуклеотидной цепи путём гидролиза фосфодиэфирных связей между нуклеотидами.

Эндонуклеазы — белки из группы нуклеаз, расщепляющие фосфодиэфирные связи в середине полинуклеотидной цепи. Эндонуклеазы рестрикции, или рестриктазы, расщепляют ДНК в определенных местах (так называемых сайтах рестрикции), они подразделяются на три типа (I, II и III) на основании механизма действия. Эти белки часто используют в генной инженерии для создания рекомбинантных ДНК, которые вводят затем в бактериальные, растительные или животные клетки.

Нуклеосома — это структурная часть хромосомы, образованная совместной упаковкой нити ДНК с гистоновыми белками H2А, H2B, H3 и H4. Последовательность нуклеосом, соединенная гистоновым белком H1, формирует нуклеофиламент, или иначе нуклеосомную нить.

Гены «домашнего хозяйства» (англ. housekeeping genes) — это гены, необходимые для поддержания важнейших жизненных функций организма, которые экспрессируются практически во всех тканях и клетках на относительно постоянном уровне. Гены домашнего хозяйства функционируют повсеместно, на всех стадиях жизненного цикла организма.

Шаперо́н (англ. chaperones) — класс белка, главная функция которого состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белка, а также образование и диссоциация белковых комплексов.

Репрессор — ДНК-связывающий или РНК-связывающий белок, который ингибирует экспрессию одного или нескольких генов путём связывания с оператором или сайленсерами. ДНК-связывающий репрессор блокирует прикрепление РНК-полимеразы к промотору, предотвращая таким образом транскрипцию генов в мРНК. РНК-связывающий репрессор связывается с мРНК и предотвращает трансляцию мРНК в белок. Эта блокировка экспрессии называется репрессией.

Коактиватор — белок, который увеличивает экспрессию генов путём связывания с активатором (или фактором транскрипции), который содержит ДНК-связывающий домен. Коактиватор не может связывать ДНК самостоятельно.

Белковая субъединица в структурной биологии — полипептид, который вместе с другими компонентами собирается в мультимерный или олигомерный белковый комплекс. Многие природные ферменты и другие белки состоят из нескольких белковых субъединиц.

Внутриклеточная сортировка белков (англ. protein sorting, protein targeting) — процессы мечения и последующего транспорта белков в живых клетках, которые приводят к попаданию белков в определённые компартменты клетки.

Лакто́зный репре́ссор (англ. Lac repressor) — ДНК-связывающий белок, который ингибирует экспрессию генов, кодирующих белки лактозного оперона. Кодируется геном lacI. Белки лактозного оперона участвуют в метаболизме лактозы в клетках бактерий. Эти гены подавляются, когда лактоза недоступна клеткам, гарантируя, что бактериальная клетка не будет тратить энергию на синтез белков, метаболизирующих лактозу, в условиях её отсутствия. Когда лактоза становится доступной, она преобразуется в аллолактозу, которая.

Транскрипт — молекула РНК, образующаяся в результате транскрипции (экспрессии соответствующего гена или участка ДНК).

ГТФазы (англ. GTPases) — большое семейство ферментов гидролаз, которые связывают и гидролизуют гуанозинтрифосфат (GTP). Связывание и гидролиз GTP осуществляются в консервативном G-домене, сходном для всех ГТФаз.

Кина́зы (фосфотрансферазы) — ферменты, катализирующие перенос фосфатной группы от молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) на различные субстраты. Обеспечивают включение глюкозы и гликогена в процесс гликолиза в живых клетках, участвуют в синтезе важных для организма соединений.

В биохимии, димер — макромолекулярный комплекс, образованный двумя, как правило, не ковалентносвязаными макромолекулами, такими как белки или нуклеиновые кислоты. Белковый димер — это четвертичная структура белка.

Пре-B-клеточный рецептор — рецепторный белковый комплекс, который присутствует на плазматической мембране предшественников B-клеток в течение короткого времени и служит сигналом завершения продуктивной соматической рекомбинации генов тяжёлых цепей иммуноглобулинов. Хотя пре-В-клеточный рецептор синтезируется в клетке только в течение короткого промежутка времени, это событие, тем не менее, является важной контрольной точкой в развитии В-лимфоцита. Его присутствие на мембране показывает, что клетки.

Последовательность Шайна — Дальгарно (англ. Shine-Dalgarno sequence, Shine-Dalgarno box) — сайт связывания рибосом на молекуле мРНК прокариот, обычно на расстоянии около 10 нуклеотидов до стартового кодона AUG. Описана австралийскими учёными Джоном Шайном и Линн Дальгарно.Консенсусом является последовательность из шести нуклеотидов AGGAGG; в случае E. coli последовательность Шайна — Дальгарно — AGGAGGU. Комплементарная последовательность CCUCCU, называемая последовательностью анти-Шайна — Дальгарно.

Липи́дные ра́фты — особые участки (микродомены) плазматической мембраны, обогащённые гликосфинголипидами и холестерином. Эти участки координируют клеточные процессы, влияют на текучесть мембраны, служат организующими центрами для сборки сигнальных молекул, регулируют перемещение мембранных белков, рецепторов, а также регулируют нейротрансмиссию. Липидные рафты более структурированы и упакованы плотнее, чем окружающий их липидный бислой; при этом они способны свободно в нём перемещаться.

Третичная структура (или трёхмерная структура) — пространственное строение (включая конформацию) всей молекулы белка или другой макромолекулы, состоящей из единственной цепи.

Энхансер (англ. enhancer — усилитель, увеличитель) — небольшой участок ДНК, который после связывания с ним факторов транскрипции стимулирует транскрипцию с основных промоторов гена или группы генов. Энхансеры не обязательно находятся в непосредственной близости от генов, активность которых они регулируют, и даже не обязательно располагаются с ними на одной хромосоме. Энхансеры могут располагаться как в 5'-, так и в 3'-положении относительно матричной цепи регулируемого гена и в любой ориентации к.

Нуклеазы — большая группа ферментов, гидролизующих фосфодиэфирную связь между субъединицами нуклеиновых кислот. Различают несколько типов нуклеаз в зависимости от их специфичности: экзонуклеазы и эндонуклеазы, рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы, рестриктазы и некоторые другие. Рестриктазы занимают важное положение в прикладной молекулярной биологии.

Цис-регуляторные элементы (или цис-элементы) — участки ДНК или РНК, регулирующие экспрессию генов, находящихся на той же молекуле (обычно хромосоме).

ДНК-метилтрансфера́зы (ДНК-метилазы, англ. DNA methyltransferase, DNA MTase, DNMT) — группа ферментов, катализирующих метилирование нуклеотидных остатков в составе ДНК. Активность метилтрансфераз, заключающаяся в переносе метильных (CH3—) групп на азотистое основание цитозин в составе ДНК, ведет к изменению свойств ДНК, при этом изменяется активность, функции соответствующих генов, а также пространственная структура нуклеиновой кислоты (конформация).

Изоформа белка — любая из нескольких разных форм одного и того же белка. Различные формы белка могут быть образованы связанными генами, или могут возникнуть из того же гена путём альтернативного сплайсинга. Большое количество изоформ вызваны однонуклеотидными полиморфизмами — небольшими генетическими различиями между аллелями одного и того же гена. Это происходит в определенных отдельных местах расположения нуклеотидов на гене.

Клатрин (англ. clathrin) — внутриклеточный белок, основной компонент оболочки окаймлённых пузырьков, образующихся при рецепторном эндоцитозе.

Подавление экспрессии генов (сайленсинг генов от англ. gene silencing, или в частности, выключение гена) — это общий термин, описывающий эпигенетический процесс регуляции генов. При этом последовательность нуклеотидов не изменяется, а лишь прекращается экспрессия соответствующего гена. Для выключения генов в лабораторных условиях применяют метод нокдауна генов.

Деградосо́ма (англ. degradosome) — мультибелковый бактериальный комплекс, который участвует в процессинге рибосомальной РНК и деградации матричной РНК, регулируется некодирующими РНК. Он состоит из РНК-хеликазы B, рибонуклеазы Е (РНКазы Е), полинуклеотидфосфорилазы, а также гликолитического фермента енолазы. Деградосому можно изучать с помощью электронной микроскопии.

РНК-полимераза II — фермент эукариот, который катализирует транскрипцию ДНК, синтезирует предшественников мРНК и большинство мяРНК и микроРНК. Эта полимераза представляет собой комплекс массой 550 кДа, состоящий из 12 субъединиц. РНК-полимераза II является наиболее изученным типом РНК-полимеразы. Ей необходим широкий спектр транскрипционных факторов для того, чтобы связываться с генами выше промоторов и начинать транскрипцию.

Цистро́н — термин, синонимичный термину «ген», обозначающий участок ДНК, ответственный за синтез определённого белка.

Гомеодомен — это структурный домен белков, связывающих ДНК или РНК, широко распространенный среди факторов транскрипции. Домен состоит из 60 остатков аминокислот, и образует структуру спираль-поворот-спираль, в которой альфа-спирали связаны короткими петлевыми участками. Две спирали на N-конце являются антипараллельными, и длиннее спирали на C-конце, которая перпендикулярна осям N-концевым петлям. Непосредственно С-концевая спираль взаимодействует с ДНК. Укладка доменов белков по типу гомеодомена.

Кальмодулин — небольшой, кислый, высококонсервативный кальций-связывающий белок, представитель суперсемейства белков EF-hand.

Регуляторная функция белков ― осуществление белками регуляции процессов в клетке или в организме, что связано с их способностью к приёму и передаче информации. Действие регуляторных белков обратимо и, как правило, требует присутствия лиганда. Постоянно открывают всё новые и новые регуляторные белки, в настоящее время известна, вероятно, только малая их часть.

Аденозинтрифосфатазы (АТФ-азы) — группа ферментов класса гидролаз (КФ 3.6.1.3), катализирующих отщепление от аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) одного или двух остатков фосфорной кислоты с освобождением энергии, используемой в процессах мышечного сокращения, транспорта веществ через мембраны, биосинтеза различных соединений.

Семейство белков — это группа эволюционно связанных белков, обладающих гомологичной аминокислотной последовательностью. Этот термин почти синонимичен термину «семейство генов», поскольку, если белки имеют гомологичные аминокислотные последовательности, то и кодирующие их гены также должны проявлять значительную степень гомологии в нуклеотидных последовательностях ДНК. Этот термин не следует путать с термином «семейство» в таксономии видов живых организмов.

Тиоредоксины — семейство маленьких белков, представленный во всех организмах от архей до человека. Они участвуют во многих важных биологических процессах, включая определение окислительно-восстановительного потенциала клетки и передачу сигнала. У человека тиоредоксин кодируется геном TXN. Мутации, приводящие к потере функциональности даже одного аллеля этого гена, приводят к смерти на стадии четырёхклеточного эмбриона. Тиоредоксин играет значительную роль в организме человека, хотя и не до конца.

Цинковый палец (англ. zinc finger) — тип белковой структуры, небольшой белковый мотив, стабилизированный одним или двумя ионами цинка, связанными координационными связями с аминокислотными остатками белка. Как правило, цинковый палец включает около 20 аминокислот, ион цинка связывает 2 гистидина и 2 цистеина. Цинковые пальцы являются белковыми модулями, взаимодействующими с ДНК, РНК, другими белками или небольшими молекулами.

Флагеллин — бактериальный белок, который способен самоорганизовываться в полые цилиндрические структуры, образующие филаменты бактериальных жгутиков. Это главный компонент жгутиков и представлен в больших количествах у всех жгутиковых бактерий. Флагеллин является лигандом для рецептора врождённой иммунной системы TLR5.

Конденсины — большие белковые комплексы, которые играют главную роль в расхождении хромосом во время митоза и мейоза.

Двухкомпоне́нтная систе́ма (англ. Two-component system) — молекулярно-биологический механизм, позволяющий клеткам ощущать и отвечать на изменения различных параметров окружающей среды. Как правило, двухкомпонентная система состоит из мембраносвязанной гистидинкиназы, которая ощущает изменения окружающей среды, и соответствующего регулятора ответа, который обеспечивает клеточный ответ, главным образом за счёт дифференциальной экспрессии генов-мишеней. Хотя двухкомпонентные системы обнаружены у представителей.

Эпитоп (англ. epitope), или антигенная детерминанта — часть макромолекулы антигена, которая распознаётся иммунной системой (антителами, B-лимфоцитами, T-лимфоцитами). Часть антитела, распознающая эпитоп, называется паратопом. Хотя обычно эпитопы относятся к чужеродным для данного организма молекулам (белкам, гликопротеинам, полисахаридам и др.), участки собственных молекул, распознаваемые иммунной системой, также называются эпитопами.

Кавео́лы (от лат. caveola — «малая пещера») — небольшие (размером 50—100 нм) колбообразные впячивания плазматической мембраны в клетках позвоночных многих типов, в особенности эндотелиальных клетках (где они и были впервые обнаружены), адипоцитах и альвеолоцитах I типа (кавеолы могут составлять 30—70 % мембран этих клеток). В состав кавеол входит ключевой белок — кавеолин, а также такие липиды, как холестерин и сфинголипиды. Кавеолы участвуют в передаче клеточных сигналов, эндоцитозе, онкогенезе.

Оперон — функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входят цистроны (гены, единицы транскрипции), кодирующие совместно или последовательно работающие белки и объединенные под одним (или несколькими) промоторами. Такая функциональная организация позволяет эффективнее регулировать транскрипцию этих генов.

Рибонуклеазы (РНКазы, англ. Ribonuclease, RNase) — ферменты-нуклеазы, катализирующие деградацию РНК. Рибонуклеазы классифицируют на эндорибонуклеазы и экзорибонуклеазы. К рибонуклеазам относят некоторые подклассы КФ 2.7 и КФ 3.1.

Процессинг РНК (посттранскрипционные модификации РНК) — совокупность процессов в клетках эукариот, которые приводят к превращению первичного транскрипта в зрелую РНК.

Последовательность ядерной локализации - Nuclear localization sequence

Сигнал ядерной локализации или последовательности ( NLS ) представляет собой аминокислоту последовательности , которая «метки» белка , для импорта в ядро клетки с помощью ядерного транспорта . Обычно этот сигнал состоит из одной или нескольких коротких последовательностей положительно заряженных лизинов или аргининов, экспонированных на поверхности белка. Различные локализованные в ядре белки могут иметь один и тот же NLS. NLS выполняет функцию, противоположную сигналу ядерного экспорта (NES), который нацелен на белки из ядра.

СОДЕРЖАНИЕ

Классический

Эти типы NLS могут быть далее классифицированы как одно- или двудольные. Основные структурные различия между ними состоят в том, что два основных аминокислотных кластера в двудольных NLS разделены относительно короткой спейсерной последовательностью (следовательно, двудольными - 2 части), в то время как одночастные NLS - нет. Первым обнаруженным NLS была последовательность PKKKRKV в большом Т-антигене SV40 (одночастный NLS). NLS нуклеоплазмина , KR [PAATKKAGQA] KKKK, является прототипом повсеместного двудольного сигнала: два кластера основных аминокислот, разделенных спейсером из примерно 10 аминокислот. Оба сигнала распознаются импортином α . Импортин α сам содержит двудольный NLS, который специфически распознается импортином β . Последнюю можно рассматривать как фактического посредника по импорту.

Чельский и др . предложил консенсусную последовательность KK / RXK / R для одночастичных NLS. Следовательно, последовательность Чельского может быть частью нижележащего основного кластера двудольного NLS. Makkah et al . провели сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации Т-антигена SV40 (одночастный), C-myc (одночастный) и нуклеоплазмина (двухчастный) и выявили аминокислотные особенности, общие для всех трех. Впервые была показана роль нейтральных и кислых аминокислот в повышении эффективности NLS.

Rotello et al . сравнили эффективность ядерной локализации NLS, слитых с eGFP, большого Т-антигена SV40, нуклеоплазмина (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) и белка быстрой доставки через KLK. Они обнаружили значительно более высокую эффективность ядерной локализации c-Myc NLS по сравнению с SV40 NLS.

Неклассический

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

Сигнал, который, по-видимому, специфичен для массово продуцируемых и транспортируемых рибосомных белков, по-видимому, идет со специализированным набором импортиновых β-подобных ядерных рецепторов импорта.

Недавно был предложен класс NLS, известный как PY-NLS, первоначально Lee et al. Этот мотив PY-NLS, названная так из-за пролина - тирозин аминокислоты спаривания в нем, позволяет белка связываться с Importin & beta ; 2 (также известный как транспортина или karyopherin & beta ; 2), который затем транслоцируется белок груза в ядро. Структурная основа связывания PY-NLS, содержащегося в импортине β2, была определена и разработан ингибитор импорта.

Открытие

Наличие ядерной мембраны, которая изолирует клеточную ДНК, является определяющим признаком 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 Гардоном, 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 репрограммирования, 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 входят в ядро. через поры и должны накапливаться, связываясь с ДНК или каким-либо другим ядерным компонентом. Другими словами, не существовало никакого конкретного транспортного механизма.

Дингуолл и Ласки в 1982 году показали, что эта точка зрения неверна. Используя белок под названием нуклеоплазмин, архетипический « молекулярный шаперон », они идентифицировали домен в белке, который действует как сигнал для входа в ядро. Эта работа стимулировала исследования в этой области, и два года спустя первый NLS был идентифицирован в большом Т-антигене SV40 (или сокращенно SV40). Однако функциональный NLS не может быть идентифицирован в другом ядерном белке просто на основании сходства с NLS SV40. Фактически, только небольшой процент клеточных (невирусных) ядерных белков содержал последовательность, аналогичную SV40 NLS. Детальное исследование нуклеоплазмина выявило последовательность с двумя элементами, состоящими из основных аминокислот, разделенных спейсерным плечом. Один из этих элементов был похож на SV40 NLS, но не мог направлять белок в ядро ​​клетки при присоединении к неядерному репортерному белку. Оба элемента обязательны. Этот вид NLS стал известен как двудольный классический NLS. В настоящее время известно, что двудольный NLS представляет собой основной класс NLS, обнаруживаемый в клеточных ядерных белках, и структурный анализ показал, как сигнал распознается рецепторным белком ( импортином α ) (также известна структурная основа некоторых одночастичных NLS). Сейчас известны многие молекулярные детали импорта ядерных белков. 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. За этим следует энергозависимая транслокация ядерного белка через канал порового комплекса. Установив наличие двух различных стадий в процессе, была установлена ​​возможность идентификации вовлеченных факторов, что привело к идентификации семейства импортинов NLS рецепторов и GTPase Ran .

Механизм ядерного импорта

Белки проникают в ядро ​​через ядерную оболочку. Ядерная оболочка состоит из концентрических мембран, внешней и внутренней мембран. 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, будет прочно связываться с импортином (он же кариоферин ), и вместе комплекс будет перемещаться через ядерную пору. В этот момент Ran-GTP будет связываться с комплексом импортин-белок, и его связывание приведет к потере сродства импортина к белку. Белок высвобождается, и теперь комплекс Ran-GTP / импортин переместится обратно из ядра через ядерную пору. ГТФ-активирующий белок (GAP) в цитоплазме гидролизует СРД-ГТФ к ВВП, и это вызывает конформационное изменение в Ране, в конечном счете , снижая его сродство к Importin. Импортин высвобождается, и Ran-GDP возвращается обратно в ядро, где фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) обменивает свой ВВП обратно на GTP.

А сигнал ядерной локализации или последовательность (NLS) является аминокислота последовательность, которая «маркирует» белок для импорта в ядро клетки от ядерный транспорт. Обычно этот сигнал состоит из одной или нескольких коротких последовательностей положительно заряженных лизинов или аргининов, экспонированных на поверхности белка. Различные локализованные в ядре белки могут иметь один и тот же NLS. NLS выполняет противоположную функцию сигнал ядерного экспорта (NES), который нацелен на белки из ядра.

Эти типы NLS могут быть далее классифицированы как одно- или двудольные. Основное структурное различие между ними состоит в том, что два основных аминокислотных кластера в двудольных NLS разделены относительно короткой спейсерной последовательностью (следовательно, двудольными - 2 части), в то время как одночастные NLS - нет. Первым обнаруженным NLS была последовательность PKKKRKV в SV40 Большой Т-антиген (односторонний NLS). [1] NLS нуклеоплазмин, KR [PAATKKAGQA] KKKK, является прототипом вездесущего двудольного сигнала: два кластера основных аминокислот, разделенных спейсером из примерно 10 аминокислот. [2] Оба сигнала распознаются импортин α. Импортин α сам содержит двудольный NLS, который определенно распознается импортин β. Последнюю можно считать фактическим посредником импорта.

Чельский и другие. предложили консенсусную последовательность K-K / R-X-K / R для одночастных NLS. [2] Следовательно, последовательность Чельского может быть частью нижележащего основного кластера двудольного NLS. Makkerh и другие. провели сравнительный мутагенез сигналов ядерной локализации Т-антигена SV40 (одночастный), C-myc (одночастный) и нуклеоплазмин (двухчастный) и выявили аминокислотные особенности, общие для всех трех. Впервые показана роль нейтральных и кислых аминокислот в повышении эффективности NLS. [3]

Ротелло и другие. сравнили эффективность ядерной локализации NLS, слитых с eGFP, большого Т-антигена SV40, нуклеоплазмина (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) и белка быстрой доставки KLK через внутриклеточный белок TUSIKP. Они обнаружили значительно более высокую эффективность ядерной локализации c-Myc NLS по сравнению с SV40 NLS. [4]

Существует много других типов NLS, таких как кислый домен M9 hnRNP A1, последовательность KIPIK в дрожжевом репрессоре транскрипции Matα2 и сложные сигналы U snRNPs. Большинство этих NLS, по-видимому, распознаются непосредственно специфическими рецепторами семейства importin β без вмешательства импортина α-подобного белка. [5]

Сигнал, который, по-видимому, специфичен для массово продуцируемых и транспортируемых рибосомных белков, [6] [7] похоже, идет со специализированным набором импортин-β-подобных ядерных рецепторов импорта. [8]

Недавно был предложен класс NLS, известный как PY-NLS, первоначально Ли и другие. [9] Этот мотив PY-NLS, названный так из-за пролин -тирозин спаривание аминокислот в нем позволяет белку связываться с Импортин β2 (также известный как транспортин или кариоферин β2), который затем перемещает белок-груз в ядро. Структурная основа связывания PY-NLS, содержащегося в импортине β2, была определена и разработан ингибитор импорта. [10]

Наличие ядерной мембраны, изолирующей клеточный ДНК это определяющая черта эукариотические клетки. Таким образом, ядерная мембрана разделяет ядерные процессы репликации ДНК и РНК транскрипция 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 Гардоном, когда он показал, что очищенные ядерные белки накапливаются в ядре лягушки (Xenopus ) ооциты после микроинъекции в цитоплазму. Эти эксперименты были частью серии, которая впоследствии привела к исследованиям ядерного репрограммирования, имеющим непосредственное отношение к исследованиям стволовых клеток.

Наличие нескольких миллионов поровых комплексов в ооцит ядерная мембрана 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 входят в ядро ​​через поры и должны накапливаться, связываясь с ДНК. или какой-то другой ядерный компонент. Другими словами, считалось, что не существует конкретного транспортного механизма.

Эта точка зрения была показана Дингуоллом и Ласки в 1982 году как ошибочная. Используя белок, называемый нуклеоплазмин, архетипический «молекулярный шаперон ’, Они идентифицировали домен в белке, который действует как сигнал для входа в ядро. [11] Эта работа стимулировала исследования в этой области, и два года спустя первый NLS был обнаружен в SV40 Большой Т-антиген (или для краткости SV40). Однако функциональный NLS не может быть идентифицирован в другом ядерном белке просто на основании сходства с NLS SV40. Фактически, только небольшой процент клеточных (невирусных) ядерных белков содержал последовательность, аналогичную SV40 NLS. Детальное исследование нуклеоплазмина позволило идентифицировать последовательность с двумя элементами, состоящими из основных аминокислот, разделенных спейсером. Один из этих элементов был похож на SV40 NLS, но не мог направлять белок в ядро ​​клетки при присоединении к неядерному репортерному белку. Оба элемента обязательны. [12] Этот вид NLS стал известен как двудольный классический NLS. В настоящее время известно, что двудольный NLS представляет собой основной класс NLS, обнаруженный в ядерных белках клетки. [13] а структурный анализ показал, как сигнал распознается рецептором (импортин α ) белок [14] (структурная основа некоторых одночастичных ЯУШ также известна [15] ). Сейчас известны многие молекулярные детали импорта ядерного белка. 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. За этим следует энергозависимая транслокация ядерного белка по каналу порового комплекса. [16] [17] Установив наличие двух отдельных этапов в процессе, была установлена ​​возможность идентификации задействованных факторов, что привело к идентификации семейства импортиновых рецепторов NLS и GTPase Ран.

Белки проникают в ядро ​​через ядерную оболочку. Ядерная оболочка состоит из концентрических мембран, внешней и внутренней мембран. Внутренняя и внешняя мембраны соединяются в нескольких местах, образуя каналы между цитоплазмой и нуклеоплазмой. Эти каналы заняты ядерные поровые комплексы (NPC), сложные мультибелковые структуры, которые обеспечивают транспорт через ядерную мембрану.

Белок, транслируемый с помощью NLS, будет прочно связываться с импортин (он же кариоферин ), и вместе комплекс будет перемещаться через ядерную пору. В этот момент, Ран-ГТП будет связываться с комплексом импортин-белок, и его связывание вызовет потерю сродства импортина к белку. Белок высвобождается, и теперь комплекс Ran-GTP / импортин переместится обратно из ядра через ядерную пору. А Белок, активирующий ГТФазу (GAP) в цитоплазме гидролизует Ran-GTP в GDP, и это вызывает конформационные изменения в Ran, в конечном итоге снижая его сродство к importin. Импортин высвобождается, а Ran-GDP возвращается обратно в ядро, где Фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (ГЭФ) обменивает свой ВВП обратно на GTP.

Биология и медицина

NLS (Сигналы ядерной локализации, nuclear localization signal)

Импортируемые белки имеют специфические сигнальные последовательности - сигналы ядерной локализации (NLS; nuclear localization signal).

NLS был определен для большого T-антигена SV40 . Оказалось, что этот сигнал представлен последовательностью положительно заряженных аминокислот ( 126PKKKRKV132, эта структура называется CcN-домен ). По-видимому этот сигнал ядерной локализации структурно представлен бета-поворотом. Следующим белком, для которого был показан такой сигнал, стал белок Xenopus laevis, нуклеоплазмин . Этот существующий в виде пентамера белок быстро накапливается в ядре и построен из протеазо-устойчивой "головки" и "хвоста". После обработки протеазами эти два домена разделяются, причем "хвосты" сохраняют способность накапливаться в ядре, а "головки" ее теряют ( Dingwall C., 1982 ). NLS нуклеоплазмина тоже содержал положительно заряженные аминокислоты, но здесь они располагались двумя небольшими островками, разделенными спейсером ( 155KRPAATKKAGQAKKKK170 ; два лизина в спейсере функциональной нагрузки, по-видимому, не несут). На основании этих различий сигналы ядерной локализации подразделяют на одинарные (monopartite) и двойные (bipartite) . Как видно из таблицы 1 , NLS различных белков не имеют никакой значительной гомологии: единственное объединяющее их свойство - это наличие участков последовательно положительно заряженных аминокислот - лизина и аргинина. Этот вид NLS получил название "классического".Сигналы ядерной локализации не отщепляются после поступления белка в нуклеоплазму. Это отличает ядерный транспорт от, например, транспорта в эндоплазматический ретикулум и другие органеллы. Такое отличие может быть обусловлено несколькими причинами:

- Во-первых, NLS может располагаться не на конце, а в центре полипептида и принимать участие в образовании активного комплекса, например РНК- или ДНК-связывающего. Удаление сигнала в этом случае может привести к потере функциональной активности.

- Во-вторых, некоторые ядерные белки постоянно перемещаются в цитоплазму и реимпортируются в ядро.

- В-третьих, во время клеточного деления ядерная оболочка распадается и собирается заново, а высвободившиеся ядерные белки должны быть снова импортированы в новообразованное ядро.

В цитоплазме NLS узнаются NLS-рецепторным комплексом , импортином , котoрый транспортирует NLS-содержащий субстарат к цитоплазматической части NPC . Затем происходит транспорт, который требует множества взаимодействий с компонетами поры и гидролиза GTP.

Сигнал ядерной локализации

Сигнал ядерной локализации (также ядерный сигнал локализации или последовательность ядерной локализации, английский сигнал ядерной локализации , сокращенный NLS ) представляет собой сигнальная последовательность , состоящая из нескольких аминокислот , проведенных с помощью белков , которые должны быть введено в ядро клетки .

характеристики

Клетки высших живых существ ( эукариот ) имеют ядро, ядерная мембрана которого отделяет внутреннюю часть ядра ( кариоплазму ) от цитоплазмы . Поскольку все белки продуцируются в цитоплазме, белки, необходимые в ядре клетки, должны быть введены в нее. Это происходит через поры ядерной мембраны, так называемые ядерные поры . Небольшие белки примерно до 40 кДа могут пассивно диффундировать через поры, в то время как более крупные белки должны активно транспортироваться в ядро. Это происходит с белками-помощниками, так называемыми импортинами . Импортины распознают сигналы ядерной локализации, связывают соответствующие белки и транспортируют их через поры в ядро ​​клетки. Энергии для этого процесса высвобождается через гидролиз в ГТФ .

Сам сигнал состоит из одинарной или двойной короткой последовательности, которая в основном содержит положительно заряженные аминокислоты, такие как лизин и аргинин . Есть два разных типа: классический NLS и нетипичный NLS.

Классическая сигнальная последовательность ядерной локализации (PKKKRKV) впервые был описан для большого Т - антигена на вирус SV40 . Классические NLS делятся на цельные и двухкомпонентные. Двухчастный NLS (например, последовательность KR [PAATKKAGQA] KKKK в случае нуклеоплазмина) состоит из двух областей основных аминокислот, разделенных примерно 10 аминокислотами, при этом нейтральные и кислые аминокислоты также могут улучшать абсорбцию. Оба типа классических NLS связаны с комплексом ядерной поры путем связывания с импортином α и его последующего связывания с импортином β.

Атипичные NLS в основном напрямую связаны с импортином β. Это включает B. Домен M9 hnRNP A1, репрессор транскрипции в дрожжевом Matα2 (последовательность KIPIK) и в U snRNP. Рибосомные белки имеют свой собственный NLS, через который они импортируются в ядро. Группа PY-NLS содержит характерный пролин - тирозин последовательность и связывается с импортином & beta ; 2 (синоним транспортин или karyopherin).

Репликация многих вирусов зависит от транспортных процессов, которые опосредуются сигналами ядерной локализации. После заражения клетки вирусный генетический материал обычно необходимо транспортировать в ядро ​​клетки. Только здесь находятся ферменты клетки-хозяина, которые могут реплицировать и транскрибировать гены вируса. Таким образом, вирусная ДНК связана с вирусными белками с помощью сигнала ядерной локализации и, таким образом, импортируется в ядро ​​клетки.

Также есть противник, основной экспорт. Сигнал ядерного экспорта (NES) представляет собой короткую гидрофобную богатую лейцином аминокислотную последовательность.

Индивидуальные доказательства

    Эта страница последний раз была отредактирована 6 июля 2021 в 20:30.

Читайте также: