Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
A nuclear localization signal or sequence (NLS) is an amino acid sequence that 'tags' a protein for import into the cell nucleus by nuclear transport. Typically, this signal consists of one or more short sequences of positively charged lysines or arginines exposed on the protein surface. The NLS of nucleoplasmin, KR[PAATKKAGQA]KKKK, is the prototype of the ubiquitous bipartite signal: two clusters of basic amino acids, separated by a spacer of about 10 amino acids. Both signals are recognized by importin α. Importin α contains a bipartite NLS itself, which is specifically recognized by importin β. The latter can be considered the actual import mediator. Chelsky et al. proposed the consensus sequence K K/R X K/R for monopartite NLSs. Rotello et al. compared the nuclear localization efficiencies of eGFP fused NLSs of SV40 Large T Antigen, nucleoplasmin (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL 13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c Myc (PAAKRVKLD) and TUS protein (KLKIKRPVK) through rapid intracellular protein delivery. They found significantly higher nuclear localization efficiency of c Myc NLS compared to that of SV40 NLS.
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.
There are many other types of NLS, such as the acidic M9 domain of hnRNP A1, the sequence KIPIK in yeast transcription repressor Matα2, and the complex signals of U snRNPs. Most of these NLSs appear to be recognized directly by specific receptors of the importin β family without the intervention of an importin α like protein. A signal that appears to be specific for the massively produced and transported ribosomal proteins, seems to come with a specialized set of importin β like nuclear import receptors. Recently a class of NLSs known as PY NLSs has been proposed, originally by Lee et al. This PY NLS motif, so named because of the proline tyrosine amino acid pairing in it, allows the protein to bind to Importin β2 (also known as transportin or karyopherin β2), which then translocates the cargo protein into the nucleus. The structural basis for the binding of the PY NLS contained in Importin β2 has been determined and an inhibitor of import designed.
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.
The presence of the nuclear membrane that sequesters the cellular DNA is the defining feature of eukaryotic cells. The nuclear membrane, therefore, separates the nuclear processes of DNA replication and RNA transcription from the cytoplasmic process of protein production. Proteins required in the nucleus must be directed there by some mechanism. The first direct experimental examination of the ability of nuclear proteins to accumulate in the nucleus was carried out by John Gurdon when he showed that purified nuclear proteins accumulate in the nucleus of frog (Xenopus) oocytes after being micro injected into the cytoplasm. These experiments were part of a series that subsequently led to studies of nuclear reprogramming, directly relevant to stem cell research. The presence of several million pore complexes in the oocyte nuclear membrane and the fact that they appeared to admit many different molecules (insulin, bovine serum albumin, gold nanoparticles) led to the view that the pores are open channels and nuclear proteins freely enter the nucleus through the pore and must accumulate by binding to DNA or some other nuclear component. In other words, there was thought to be no specific transport mechanism. This view was shown to be incorrect by Dingwall and Laskey in 1982. Using a protein called nucleoplasmin, the archetypal ‘molecular chaperone’, they identified a domain in the protein that acts as a signal for nuclear entry. This work stimulated research in the area, and two years later the first NLS was identified in SV40 Large T antigen (or SV40, for short). However, a functional NLS could not be identified in another nuclear protein simply on the basis of similarity to the SV40 NLS. In fact, only a small percentage of cellular (non viral) nuclear proteins contained a sequence similar to the SV40 NLS. A detailed examination of nucleoplasmin identified a sequence with two elements made up of basic amino acids separated by a spacer arm. One of these elements was similar to the SV40 NLS but was not able to direct a protein to the cell nucleus when attached to a non nuclear reporter protein. Both elements are required. This kind of NLS has become known as a bipartite classical NLS. The bipartite NLS is now known to represent the major class of NLS found in cellular nuclear proteins and structural analysis has revealed how the signal is recognized by a receptor (importin α) protein (the structural basis of some monopartite NLSs is also known). Many of the molecular details of nuclear protein import are now known. This was made possible by the demonstration that nuclear protein import is a two step process; the nuclear protein binds to the nuclear pore complex in a process that does not require energy. This is followed by an energy dependent translocation of the nuclear protein through the channel of the pore complex. By establishing the presence of two distinct steps in the process the possibility of identifying the factors involved was established and led on to the identification of the importin family of NLS receptors and the GTPase Ran.
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.
Proteins gain entry into the nucleus through the nuclear envelope. The nuclear envelope consists of concentric membranes, the outer and the inner membrane. The inner and outer membranes connect at multiple sites, forming channels between the cytoplasm and the nucleoplasm. These channels are occupied by nuclear pore complexes (NPCs), complex multiprotein structures that mediate the transport across the nuclear membrane. A protein translated with an NLS will bind strongly to importin (aka karyopherin), and, together, the complex will move through the nuclear pore. At this point, Ran GTP will bind to the importin protein complex, and its binding will cause the importin to lose affinity for the protein. The protein is released, and now the Ran GTP/importin complex will move back out of the nucleus through the nuclear pore. A GTPase activating protein (GAP) in the cytoplasm hydrolyzes the Ran GTP to GDP, and this causes a conformational change in Ran, ultimately reducing its affinity for importin. Importin is released and Ran GDP is recycled back to the nucleus where a Guanine nucleotide exchange factor (GEF) exchanges its GDP back for GTP.