Сигнал ядерной локализации

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[англ.] (транспортинами), которые осуществляют его перенос в ядро[1].

Сигналы ядерной локализации могут быть линейными и конформационными[2]. Линейные сигналы представляют собой непрерывные аминокислотные последовательности; они могут быть описаны консенсусной последовательностью. Для связывания с кариоферинами линейные NLS, как правило, должны находиться в развёрнутом состоянии, вне третичной структуры. Конформационные NLS — это места связывания кариоферинов, которые формируются на поверхности белковых доменов.

Общие сведения

Сигналы ядерной локализации необходимы для переноса крупных белков из цитозоля в ядро. Сигналы были точно определены посредством методов рекомбинантных ДНК[англ.]* для разнообразных белков, которые хотя бы временно должны присутствовать в ядре. Для отдельных ядерных белков состав последовательности может быть разным. NLS могут располагаться почти в любом месте аминокислотной последовательности белка, и, как предполагают, они образуют особые петли и сайты на поверхности белка[3].

Транспорт белка в ядро начинается, когда транспортные комплексы связываются с цитоплазматическими фибриллами ядерных поровых комплексов. Предполагают, что неструктурированные области белков ядерных пор, которые представляют собой барьер для диффузии крупных молекул, отодвигаются. В отличие от транспорта белков в другие органеллы, транспорт в ядро происходит с участием водных пор, а не белкового переносчика, поэтому в ядро белки могут быть доставлены в собранном состоянии, как и рибосомные субъединицы. Однако при переносе крупных белков через ядерные поры, похоже, структура переносимых белков всё-таки меняется[4].

Классы сигналов ядерной локализации

На 2015 год известно 11 кариоферинов человека, которые участвуют в переносе белков в ядро клетки через ядерные поры (ядерный импорт). Такие белки также называют импортинами[англ.]. Предполагают, что каждый из импортинов распознаёт сигналы ядерной локализации определённого класса. Однако лишь несколько классов были в достаточной мере биохимически и структурно охарактеризованы[2].

Классический сигнал ядерной локализации

Классический, или основной, сигнал ядерной локализации (cNLS) — это первый из когда-либо описанных сигналов, открытый в 1980-х годах[5][6]. Он представляет собой линейный сигнал, состоящий из одного или двух кластеров положительно заряженных аминокислотных остатков: K-K/R-X-K/R или K/R-K/R-X10—12(K/R)3/5, где X — любая аминокислота[2]. Подобные сигналы обнаружены в большом количестве белков, например в большом Т-антигене[англ.] вируса SV40, NCBP1[англ.] (англ. nuclear cap-binding protein subunit 1), BRCA1 (англ. breast cancer type 1 susceptibility protein) и LEF1[англ.] (англ. lymphoid enhancer-binding factor 1)[1]. cNLS необычен в том отношении, что он распознаётся адаптерными белками[англ.] семейства импортинов-α[англ.] (кариоферины-α), которые в свою очередь формируют комплекс с импортином-β1 (кариоферин-β1[англ.]), собственно транспортным фактором семейства кариоферинов-β[2].

PY-NLS

PY-NLS — это сигнал ядерной локализации, который распознаётся транспортином-1 и иногда близкими к нему по структуре транспортинами-2А и 2В. PY-NLS состоят из С-концевого мотива R/K/H-X2—5-P-Y и N-концевого мотива, который может быть обогащён гидрофобными (Φ-G/A/S-Φ-Φ, где Φ — гидрофобный остаток) либо положительно заряженными аминокислотными остатками[7]. Расстояние между N-концевым мотивом и С-концевыми остатками PY составляет 8—13 аминокислотных остатков. Пара остатков PY играет большую роль в связывании транспортина-1 и необходима для функционирования сигнала ядерной локализации, поэтому он и получил название PY-NLS. PY-NLS должны находиться в неструктурированном или в целом положительно заряженном участке белка[8]. Сигнал такого типа есть в белках hnRNP A1, hnRNP D, hnRNP F, hnRNP M и других.

Примечания

  1. ↑ 1 2 Сорокин А. В., Ким Е. Р., Овчинников Л. П. Ядерно-цитоплазматический транспорт белков : [арх. 7 августа 2017] // Успехи биологической химии. — 2007. — Т. 47. — С. 89—128.
  2. ↑ 1 2 3 4 Soniat M., Chook Y. M. Nuclear localization signals for four distinct karyopherin-β nuclear import systems. (англ.) // The Biochemical journal. — 2015. — Vol. 468, no. 3. — P. 353—362. — doi:10.1042/BJ20150368. — PMID 26173234. [исправить]
  3. ↑ Альбертс и др., 2013, с. 1085—1086.
  4. ↑ Альбертс и др., 2013, с. 1086—1087.
  5. ↑ Dingwall C., Sharnick S. V., Laskey R. A. A polypeptide domain that specifies migration of nucleoplasmin into the nucleus. (англ.) // Cell. — 1982. — Vol. 30, no. 2. — P. 449—458. — PMID 6814762. [исправить]
  6. ↑ Lanford R. E., Butel J. S. Construction and characterization of an SV40 mutant defective in nuclear transport of T antigen. (англ.) // Cell. — 1984. — Vol. 37, no. 3. — P. 801—813. — PMID 6086146. [исправить]
  7. ↑ Lee B. J., Cansizoglu A. E., Süel K. E., Louis T. H., Zhang Z., Chook Y. M. Rules for nuclear localization sequence recognition by karyopherin beta 2. (англ.) // Cell. — 2006. — Vol. 126, no. 3. — P. 543—558. — doi:10.1016/j.cell.2006.05.049. — PMID 16901787. [исправить]
  8. ↑ Twyffels L., Gueydan C., Kruys V. Transportin-1 and Transportin-2: protein nuclear import and beyond. (англ.) // FEBS letters. — 2014. — Vol. 588, no. 10. — P. 1857—1868. — doi:10.1016/j.febslet.2014.04.023. — PMID 24780099. [исправить]

Литература

  • Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. Молекулярная биология клетки: в 3-х томах. — М. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2013. — Т. 1. — 808 с. — ISBN 978-5-4344-0112-8.