Кіріспе

Ядролық локализация сигналы немесе тізбек (ЯЛС) – жасуша ядросына ядролық тасымалдау арқылы импортталу үшін белокты «белгілейтін» аминқышқылдар тізбегі. Әдетте, бұл сигнал белок бетінде орналасқан оң зарядталған лизин немесе аргинин қысқа тізбектерінің бірінен немесе бірнешеуінен тұрады. Нуклеоплазминнің ЯЛС, KR[PAATKKAGQA]KKKK, кең таралған екі бөлікті сигналдың прототипі: шамамен 10 аминқышқылдық аралықпен бөлінген негізгі аминқышқылдардың екі шоғыры. Екі сигнал да импортін α арқылы танылады. Импортін α-ның өзінде екі бөлікті ЯЛС бар, ол импортін β арқылы ерекше танылады. Соңғысы импорттың нақты медиаторы деп есептелуі мүмкін. Chelsky және авторлар монопартитті ЯЛС үшін K K/R X K/R консенсустық тізбегін ұсынды. Rotello және авторлар SV40 үлкен T антигенінің, нуклеоплазминнің (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL 13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c Myc (PAAKRVKLD) және TUS белгісінің (KLKIKRPVK) ЯЛС-терінің eGFP-пен біріктірілген кездегі ядролық локализация тиімділігін жылдам жасуша ішіндегі белок жеткізу арқылы салыстырды. Олар c Myc ЯЛС-тің SV40 ЯЛС-мен салыстырғанда ядролық локализация тиімділігі айтарлықтай жоғары екенін анықтады.

Классикалық емес

Нейронды қабылдау сигналдарының (NLS) көптеген басқа түрлері бар, мысалы, hnRNP A1-дің қышқыл M9 домені, ашытқы транскрипция репрессорындағы KIPIK тізбегі Matα2 және U snRNP-ның күрделі сигналдары. Бұл NLS-тің көпшілігі импорттин β отбасының нақты рецепторларымен импорттин α сияқты белоктың араласуынсыз тікелей танылады. Көптеп өндірілетін және тасымалданатын рибосомалық ақуыздарға тән сигнал, ядролық импорт рецепторларына ұқсас импортин β-ның арнайы жиынтығымен келеді. Жақында PY NLS деп белгілі NLS класы ұсынылды, бастапқыда Ли және авторлар тобы. Бұл PY NLS мотиві, құрамында пролин-тирозин аминқышқылдарының жұптасуы болғандықтан осылай аталды, ақуыздың Importin β2 (транспортин немесе кариоферин β2 деп те аталады) -мен байланысуына мүмкіндік береді, содан кейін жүк ақуызын ядроға көшіреді. Importin β2-дегі PY NLS-тің байланысуының құрылымдық негізі анықталды және импортты тежеуші зат жасалды.

Ашылу

Ұялы ДНК-ны бөлетін ядролық мембрананың болуы эукариотты жасушалардың ерекшелігі болып табылады. Сондықтан, ядролық мембрана ДНК репликациясы және РНК транскрипциясының ядролық процестерін белок өндірісінің цитоплазмалық процесінен ажыратады. Ядроға қажетті ақуыздар белгілі бір механизм арқылы сол жерге бағытталуы тиіс. Ядролық белоктардың ядрода жинақталу қабілетін алғашқы тікелей эксперименттік тұрғыдан Джон Гурдон зерттеді, ол тазартылған ядролық белоктардың микроинъекция жасалғаннан кейін бақа (Ксенопус) ооциттерінің ядросында жинақталатынын көрсетті. Бұл эксперименттер кейіннен ядролық қайта бағдарламалауды зерттеуге әкелді, бұл дің жасушаларын зерттеуге тікелей қатысты. Ооцит ядролық мембранасындағы бірнеше миллион тесік кешендерінің болуы және олардың инсулин, сиыр сарысуы альбумині, алтын нанобөлшектері сияқты көптеген түрлі молекулаларды қабылдауы, тесіктердің ашық арналар екенін және ядролық ақуыздардың тесік арқылы ядроға еркін кіріп, ДНК-ға немесе басқа ядролық компонентке байланысу арқылы жинақталатынын көрсетті. Яғни, арнайы тасымалдау механизмі жоқ деп есептелді. Алайда, 1982 жылы Дингвол мен Ласки бұл көзқарас дұрыс емес екенін көрсетті. Олар нуклеоплазма деп аталатын, архетиптік «молекулалық шаперон» белгілі бір белокты пайдаланып, ядроға кіру сигналы ретінде қызмет ететін белоктың доменін анықтады. Бұл жұмыс осы саладағы зерттеулерді ынталандырды, және екі жылдан кейін алғашқы NLS SV40 Үлкен T антигенінде (немесе қысқаша SV40) анықталды. Дегенмен, функционалды NLS басқа ядролық белокта SV40 NLS-ке ұқсастығы негізінде анықтау мүмкін болмады. Шын мәнінде, жасушалық (вирустық емес) ядролық ақуыздардың тек шағын пайызы ғана SV40 NLS-ке ұқсас тізбекке ие болды. Нуклеоплазманы егжей-тегжейлі зерттеу нәтижесінде аралықпен бөлінетін екі негізгі аминқышқылынан тұратын екі элементтен тұратын тізбек анықталды. Бұл элементтердің бірі SV40 NLS-ке ұқсас болды, бірақ ядролық емес репортерлік белокқа қосылғанда белокты жасуша ядросына бағыттай алмады. Екі элементтің де болуы қажет. Мұндай NLS екі бөлікті классикалық NLS ретінде белгілі. Екі бөлікті NLS жасушалық ядролық ақуыздарда кездесетін NLS-тің басты класын құрайды, ал құрылымдық талдау сигналды рецептор (импорт α) ақуызымен қалай танитынын көрсетті (кейбір монопартитті NLS-тің құрылымдық негізі де белгілі). Ядролық белоктардың импортының молекулалық бөлшектерінің көпшілігі қазір белгілі. Бұл ядролық белок импорты екі сатылы процесс екенін көрсету арқылы мүмкін болды: ядролық белок энергия қажет етпейтін процесте ядролық тесік кешеніне байланысады. Содан кейін ядролық белоктың тесік кешенінің арнасы арқылы энергияға тәуелді транслокациясы жүзеге асырылады. Процестің екі ерекше кезеңі бар екенін анықтау факторларды анықтау мүмкіндігін ашты және NLS рецепторларының импортин отбасын және GTP Ran-ды анықтауға әкелді.

Ядролық импорт механизмі

Белгілер ядролық қабық арқылы ядроға өтеді. Ядролық қабық концентрлі мембраналардан – сыртқы және ішкі мембраналардан тұрады. Ішкі және сыртқы мембраналар бірнеше жерде байланысып, цитоплазма мен нуклеоплазма арасында каналдар құрайды. Бұл каналдарды ядролық кезеңдік кешендер (ЯКК) – ядролық мембрана арқылы тасымалды ынталандыратын күрделі көп ақуызды құрылымдар толтырады. NLS таңбасы бар ақуыз импортинмен (немесе кариоферинмен) мықты байланысады, және бұл екеуі бірге ядролық тесік арқылы жылжиды. Осы сәтте Ran GTP импортин-ақуыз кешеніне байланысады, ал оның байланысуы импортиннің ақуызға деген туыстығын азайтады. Ақуыз босатылады, ал енді Ran GTP/импортин кешені ядролық тесік арқылы ядродан сыртқа қайта оралады. Цитоплазмадағы ГТПазаны белсендіретін белок (GAP) Ran GTP-ны ЖДБ-ға (GDP) гидролиздейді, бұл Ran-ның конформациялық өзгерісіне алып келеді, нәтижесінде оның импортинге деген туыстығы төмендейді. Импортин босатылады, ал Ran ЖДБ (GDP) ядроға қайта жіберіледі, онда гуанин нуклеотидтерін алмастыратын фактор (GEF) оның ЖДБ-сын (GDP) ГТП-ға (GTP) қайта алмастырады.