Signal jedarne lokalizacije

Signal jedarne lokalizacije ili sekvenca jedarne lokalizacije (NLS) je sekvenca aminokiselina koja 'označava' protein za import u ćelijsko jedro pomoću jedarnog transporta.^[1] Tipski, ovaj signal se sastoji od jedne ili više kratkih sekvenci pozitivno nabijenih lizina ili arginina izloženih na površini proteina.^[1] Različiti jedarni proteini mogu dijeliti isti NLS.^[1] NLS ima suprotnu funkciju od jedarnog eksportnog signala (NES), koji cilja proteine izvan jedra.

Tipovi

Klasični

Ovi tipovi NLS-a mogu se dalje klasificirati na monopartitne ili bipartitne. Glavne strukturne razlike između njih su u tome što su dva osnovna klastera aminokiselina u bipartitnim NLS-ovima razdvojena relativno kratkom razmaknom sekvencom (dakle bipartitni – dvodijelni), dok monopartitni NLS-ovi nisu. Prvi NLS koji je otkriven bio je sekvenca PKKKRKV u velikom SV40 T-antigenu (monopartitni NLS).^[2] NLS nukleoplazmina, KR[PAATKKAGQA]KKKK, je prototip sveprisutnog bipartitnog signala: dva klastera osnovnih aminokiselina, razdvojenih razmakom od oko 10 aminokiselina.^[3] Oba signala prepoznaju importin α. Importin α sadrži sam bipartitni NLS, koji posebno prepoznaje importin β. Potonji se može smatrati stvarnim importnim posrednikom.

Chelsky et al. predložili su konsenzusna sekvencu K-K/R-X-K/R za monopartitne NLS-ove.^[3] Njihova sekvenca može, stoga, biti dio nizvodnog osnovnog klastera bipartitnog NLS-a. Meka et al. izvršili su komparativnu mutagenezu na signalima jedarne lokalizacije SV40 T-antigena (monopartitni), C-myc (monopartitni) i nukleoplazmina (bipartitni) i pokazao karakteristike aminokiselina koje su zajedničke za sva tri. Prvi put je prikazana uloga neutralnih i kiselih aminokiselina u doprinosu efikasnosti NLS-a.^[4]

Rotello et al. uporedili su efikasnost jedarne lokalizacije eGFP spojenih NLS-ova velikog T-antigena SV40, nukleoplazmina (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) i TUS-proteina kroz brzu isporuku proteina u ćelijama TUS-KLKI. Otkrili su značajno veću efikasnost jedarne lokalizacije c-Myc NLS u poređenju sa SV40 NLS.^[5]

Neklasični

Postoje mnogi drugi tipovi NLS-a, kao što je kiseli M9 domen hnRNP A1, sekvenca KIPIK u represoru transkripcije kvasca Matα2 i kompleksni signali U snRNP-u. Čini se da većinu ovih NLS-ova prepoznaju direktno specifični receptori iz porodice importina β bez intervencije proteina sličnog importinu α.^[6]

Signal koji se javlja kao specifičan za masovno proizvedene i transportirane ribosomske proteine,^[7]^[8] čini se da dolazi sa specijaliziranim skupom importinu β sličnih jedarnih importnih receptora.^[9]

Nedavno je predložena klasa NLS-ova poznata kao PY-NLS, prvobitno od Lee et al.^[10] Ovaj PY-NLS motiv, nazvan tako zbog uparivanja aminokiselina prolin-tirozin u njemu, omogućava proteinu da se veže za importin β2 (također poznat kao transportin ili karioferin β2), koji zatim translocira kargo protein u jedro. Utvrđena je strukturna osnova za vezivanje PY-NLS sadržanog u importinu β2 i dizajniran inhibitor importa.^[11]

Mehanizam jedarnog importa

Proteini ulaze u jedro kroz jedarni omotač koji se sastoji od koncentričnih membrana, vanjske i unutrašnje membrane. Unutrašnja i vanjska membrana se spajaju na više mjesta, formirajući kanale između citoplazme i nukleoplazme. Ove kanale zauzimaju kompleks jedarnih pora (NPC), složene multiproteinske strukture koje posreduju u transportu kroz jedarnu membranu.

Protein preveden putem NLS-a će se snažno vezati za importin (karioferin), i, zajedno, kompleks će se kretati kroz jedarne pore. Tada če se Ran-GTP vezati za kompleks importin-protein, a njegovo vezivanje će uzrokovati da importin izgubi afinitet za protein. Protein se oslobađa, a sada će se kompleks Ran-GTP/importin kretati nazad iz jedra kroz jedarne pore. Protein koji aktivira GTPazu (GAP) u citoplazmi hidrolizira Ran-GTP u GDP, i to uzrokuje konformacijsku promjenu u Ran-u, na kraju smanjuje njegov afinitet za importin. Importin se oslobađa i Ran-GDP se reciklira nazad u jedro gdje Guanin-nukleotid fator razmjene (GEF) zamjenjuje svoj GDP natrag za GTP.

Također pogledajte

Reference

^ ^a ^b ^c Mahato, Ram I.; Smith, Louis C.; Rolland, Alain (1. 1. 1999), Hall, Jeffrey C.; Dunlap, Jay C.; Friedmann, Theodore; Giannelli, Francesco (ured.), 4 - Pharmaceutical Perspectives of Nonviral Gene Therapy, Advances in Genetics (jezik: engleski), 41, Academic Press, str. 95–156, doi:10.1016/s0065-2660(08)60152-2, ISBN 9780120176410, PMID 10494618, pristupljeno 17. 12. 2020
^ Kalderon D, Roberts BL, Richardson WD, Smith AE (1984). "A short amino acid sequence able to specify nuclear location". Cell. 39 (3 Pt 2): 499–509. doi:10.1016/0092-8674(84)90457-4. PMID 6096007.
^ ^a ^b Dingwall C, Robbins J, Dilworth SM, Roberts B, Richardson WD (Sep 1988). "The nucleoplasmin nuclear location sequence is larger and more complex than that of SV-40 large T antigen". J. Cell Biol. 107 (3): 841–9. doi:10.1083/jcb.107.3.841. PMC 2115281. PMID 3417784.
^ Makkerh JP, Dingwall C, Laskey RA (august 1996). "Comparative mutagenesis of nuclear localization signals reveals the importance of neutral and acidic amino acids". Curr. Biol. 6 (8): 1025–7. doi:10.1016/S0960-9822(02)00648-6. PMID 8805337.
^ Ray M, Tang R, Jiang Z, Rotello VM (2015). "Quantitative tracking of protein trafficking to the nucleus using cytosolic protein delivery by nanoparticle-stabilized nanocapsules". Bioconjug. Chem. 26 (6): 1004–7. doi:10.1021/acs.bioconjchem.5b00141. PMC 4743495. PMID 26011555.
^ Mattaj IW, Englmeier L (1998). "Nucleocytoplasmic transport: the soluble phase". Annu Rev Biochem. 67 (1): 265–306. doi:10.1146/annurev.biochem.67.1.265. PMID 9759490.
^ Timmers AC, Stuger R, Schaap PJ, van 't Riet J, Raué HA (juni 1999). "Nuclear and nucleolar localisation of Saccharomyces cerevisiae ribosomal proteins S22 and S25". FEBS Lett. 452 (3): 335–40. doi:10.1016/S0014-5793(99)00669-9. PMID 10386617.
^ Garrett RA, Douthwate SR, Matheson AT, Moore PB, Noller HF (2000). The Ribosome: Structure, Function, Antibiotics, and Cellular Interactions. ASM Press. ISBN 978-1-55581-184-6.
^ Rout MP, Blobel G, Aitchison JD (maj 1997). "A distinct nuclear import pathway used by ribosomal proteins". Cell. 89 (5): 715–25. doi:10.1016/S0092-8674(00)80254-8. PMID 9182759.
^ Lee BJ, Cansizoglu AE, Süel KE, Louis TH, Zhang Z, Chook YM (august 2006). "Rules for nuclear localisation sequence recognition by karyopherin beta 2". Cell. 126 (3): 543–58. doi:10.1016/j.cell.2006.05.049. PMC 3442361. PMID 16901787.
^ Cansizoglu AE, Lee BJ, Zhang ZC, Fontoura BM, Chook YM (maj 2007). "Structure-based design of a pathway-specific nuclear import inhibitor". Nature Structural & Molecular Biology. 14 (5): 452–4. doi:10.1038/nsmb1229. PMC 3437620. PMID 17435768.

Dopunska literatura

Görlich D (Jun 1997). "Nuclear protein import". Current Opinion in Cell Biology. 9 (3): 412–9. doi:10.1016/S0955-0674(97)80015-4. hdl:11858/00-001M-0000-002D-1CC5-E. PMID 9159081.
Lusk CP, Blobel G, King MC (maj 2007). "Highway to the inner nuclear membrane: rules for the road". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 8 (5): 414–20. doi:10.1038/nrm2165. PMID 17440484.

Vanjski linkovi

Eukaryotic Linear Motif resource motif class TRG_NLS_Bipartite_1

Eukaryotic Linear Motif resource motif class TRG_NLS_MonoCore_2

Eukaryotic Linear Motif resource motif class TRG_NLS_MonoExtC_3

Eukaryotic Linear Motif resource motif class TRG_NLS_MonoExtC_4

[:0-1] Mahato, Ram I.; Smith, Louis C.; Rolland, Alain (1. 1. 1999), Hall, Jeffrey C.; Dunlap, Jay C.; Friedmann, Theodore; Giannelli, Francesco (ured.), 4 - Pharmaceutical Perspectives of Nonviral Gene Therapy, Advances in Genetics (jezik: engleski), 41, Academic Press, str. 95–156, doi:10.1016/s0065-2660(08)60152-2, ISBN 9780120176410, PMID 10494618, pristupljeno 17. 12. 2020

[pmid6096007-2] Kalderon D, Roberts BL, Richardson WD, Smith AE (1984). "A short amino acid sequence able to specify nuclear location". Cell. 39 (3 Pt 2): 499–509. doi:10.1016/0092-8674(84)90457-4. PMID 6096007.

[pmid3417784-3] Dingwall C, Robbins J, Dilworth SM, Roberts B, Richardson WD (Sep 1988). "The nucleoplasmin nuclear location sequence is larger and more complex than that of SV-40 large T antigen". J. Cell Biol. 107 (3): 841–9. doi:10.1083/jcb.107.3.841. PMC 2115281. PMID 3417784.

[4] Makkerh JP, Dingwall C, Laskey RA (august 1996). "Comparative mutagenesis of nuclear localization signals reveals the importance of neutral and acidic amino acids". Curr. Biol. 6 (8): 1025–7. doi:10.1016/S0960-9822(02)00648-6. PMID 8805337.

[pmid26011555-5] Ray M, Tang R, Jiang Z, Rotello VM (2015). "Quantitative tracking of protein trafficking to the nucleus using cytosolic protein delivery by nanoparticle-stabilized nanocapsules". Bioconjug. Chem. 26 (6): 1004–7. doi:10.1021/acs.bioconjchem.5b00141. PMC 4743495. PMID 26011555.

[6] Mattaj IW, Englmeier L (1998). "Nucleocytoplasmic transport: the soluble phase". Annu Rev Biochem. 67 (1): 265–306. doi:10.1146/annurev.biochem.67.1.265. PMID 9759490.

[7] Timmers AC, Stuger R, Schaap PJ, van 't Riet J, Raué HA (juni 1999). "Nuclear and nucleolar localisation of Saccharomyces cerevisiae ribosomal proteins S22 and S25". FEBS Lett. 452 (3): 335–40. doi:10.1016/S0014-5793(99)00669-9. PMID 10386617.

[8] Garrett RA, Douthwate SR, Matheson AT, Moore PB, Noller HF (2000). The Ribosome: Structure, Function, Antibiotics, and Cellular Interactions. ASM Press. ISBN 978-1-55581-184-6.

[9] Rout MP, Blobel G, Aitchison JD (maj 1997). "A distinct nuclear import pathway used by ribosomal proteins". Cell. 89 (5): 715–25. doi:10.1016/S0092-8674(00)80254-8. PMID 9182759.

[10] Lee BJ, Cansizoglu AE, Süel KE, Louis TH, Zhang Z, Chook YM (august 2006). "Rules for nuclear localisation sequence recognition by karyopherin beta 2". Cell. 126 (3): 543–58. doi:10.1016/j.cell.2006.05.049. PMC 3442361. PMID 16901787.

[11] Cansizoglu AE, Lee BJ, Zhang ZC, Fontoura BM, Chook YM (maj 2007). "Structure-based design of a pathway-specific nuclear import inhibitor". Nature Structural & Molecular Biology. 14 (5): 452–4. doi:10.1038/nsmb1229. PMC 3437620. PMID 17435768.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]