Введение
Импортин - это тип кариоферина, который переносит молекулы белка из цитоплазмы клетки в ядро. Он делает это путем связывания с определенными последовательностями распознавания, называемыми последовательностями ядерной локализации (NLS). Импортин состоит из двух подединиц: импортина α и импортина β. Члены семейства импортина β могут связывать и транспортировать груз самостоятельно или могут образовывать гетеродимеры с импортином α. В составе гетеродимера импортин β является посредником взаимодействия с поромным комплексом, в то время как импортин α действует как адапторный белок для связывания ядерного локализационного сигнала (NLS) на грузе. Тример NLS Importin α Importin β диссоциации после связывания с Ran GTP внутри ядра, с двумя импортин белков, перерабатываются в цитоплазме для дальнейшего использования.
Importin is a type of karyopherin that transports protein molecules from the cell's cytoplasm to the nucleus. It does so by binding to specific recognition sequences, called nuclear localization sequences (NLS). Importin has two subunits, importin α and importin β. Members of the importin β family can bind and transport cargo by themselves, or can form heterodimers with importin α. As part of a heterodimer, importin β mediates interactions with the pore complex, while importin α acts as an adaptor protein to bind the nuclear localization signal (NLS) on the cargo. The NLS Importin α Importin β trimer dissociates after binding to Ran GTP inside the nucleus, with the two importin proteins being recycled to the cytoplasm for further use.
Открытие
Импортин может существовать как гетеродимер импортина α/β или как мономер импортина β. Импортин α впервые был выделен в 1994 году группой, включающей Энно Хартманна, базирующегося в Центре молекулярной медицины Макса Дельбрюка. Но ключевые белки, которые участвуют в этом, не были выяснены до этого момента. Из яиц Xenopus очищен цитозольный белок 60 кДа, необходимый для импорта белка в ядро, и с идентичностью последовательности 44% к SRP1p. Он был клонирован, секвенирован и экспрессирован в E. coli и для того, чтобы полностью восстановить зависимый от сигнала транспорт, его пришлось комбинировать с Ran ((TC4). В исследовании также были обнаружены другие ключевые стимулирующие факторы. и дальнейшие исследования Дирка Герлиха. Эти группы обнаружили, что импортин α требует другого белка, импортин β, чтобы функционировать, и что вместе они образуют рецептор для ядерных сигналов локализации (NLS), что позволяет транспортировать его в ядро. После этих первоначальных открытий в 1994 и 1995 годах было обнаружено множество импортирующих генов, таких как IPO4 и IPO7, которые облегчают импорт немного разных белков груза из-за их различной структуры и локализации.
Импорт-α
Большая часть белка адаптера импортина α состоит из нескольких повторяющихся броненосцев (ARM), расположенных в тандеме. Эти повторы могут складываться вместе, образуя изогнутую структуру, что облегчает связывание с NLS конкретных белков груза. Основной сайт связывания NLS находится в направлении к концу N, а второстепенный сайт находится в конце C. Помимо структур ARM, Importin α также содержит 90- аминокислотную N- терминальную область, отвечающую за связывание с Importin β, известную как домен связывания Importin β (IBB). Это также место автоингибирования,
Импортный бета
Импорт β является типичной структурой более крупного суперсемейства кариоферинов. Основой их структуры является 18-20 тандемных повторений мотивов HEAT. Каждое из этих повторений содержит две антипараллельные альфа-вертушки, связанные поворотом, которые складываются вместе, чтобы сформировать общую структуру белка. Для того, чтобы транспортировать груз в ядро, импортин β должен связываться с ядерными порами. Он делает это путем формирования слабых, преходящих связей с нуклеопоринами в их различных FG (Phe Gly) мотивах. Кристаллографический анализ показал, что эти мотивы связываются с импортином β в мелких гидрофобных карманах, обнаруженных на его поверхности.
Цикл импорта ядерного белка
Основная функция импортина заключается в посредничестве в транслокации белков с ядерными локализационными сигналами в ядро через ядерные пористые комплексы (НПК) в процессе, известном как цикл импорта ядерного белка.
Привязка груза
Первый шаг этого цикла - это связывание груза. Импортин может выполнять эту функцию в качестве мономерного белка импортина β, но обычно требует присутствия импортина α, который действует как адаптер для белков груза (через взаимодействие с NLS). НЛС - это последовательность основных аминокислот, которые помечают белок как груз, предназначенный для ядра. Белок груза может содержать один или два из этих мотивов, которые связываются с основными и/или второстепенными местами связывания на импортине α.
Перевозка грузов
После того, как белки груза связаны, импортин β взаимодействует с NPC, и комплекс диффундирует в ядро из цитоплазмы. Скорость диффузии зависит как от концентрации импортина α, присутствующей в цитоплазме, так и от аффинности связывания импортина α с грузом. Как только он попадает в ядро, комплекс взаимодействует с GTPазой семейства Ras, Ran GTP. Это приводит к диссоциации комплекса путем изменения конформации импортина β. Импортин β остается связанным с Ran GTP, готовым к рециркуляции. Выпуск импортина β освобождает эту область и позволяет ей возвращаться в петлю и конкурировать за связывание с белком груза в основном месте связывания NLS. Эта конкуренция приводит к высвобождению белка. В некоторых случаях могут быть использованы специальные факторы высвобождения, такие как Nup2 и Nup50, чтобы помочь высвободить груз. Были также исследования, которые связывают измененный импортин α с некоторыми случаями рака. Исследования рака молочной железы показали, что импортин α имеет укороченную форму, в которой отсутствует связывающий домен NLS. Кроме того, было показано, что импортин α переносит в ядро опухолевый супрессорный ген BRCA1 (протеин восприимчивости к раку молочной железы 1 типа). Сверхэкспрессия импортина α также связана с низкой выживаемостью у некоторых пациентов с меланомой. Активность импортина также связана с некоторыми вирусными патологиями. Например, в пути инфекции вируса Эбола ключевым шагом является ингибирование ядерного импорта PY STAT1. Это достигается за счет секвестрации импортина α вирусом в цитоплазме, что означает, что он больше не может связывать свой груз в NLS. В результате импортин не может функционировать, и белки груза остаются в цитоплазме.