Importin

W importyny są rodziną białek typu karyopherin przenoszenia białka z zewnątrz do wnętrza rdzenia przez wiązanie sekwencji specyficznych zwany sygnał lokalizacji jądrowej ( NLS ).

Struktura

Importin ma dwie podjednostki , importin α i importin β . Importyny β mogą wiązać się z białkami docelowymi i transportować je bezpośrednio lub tworzyć heterodimery z importiną α. W tym przypadku importyna β zapewnia interakcje z porami jądra, podczas gdy importyna α pełni rolę białka adaptorowego, wiążącego się z sygnałem lokalizacji jądrowej transportowanego białka. NLS trimeru - (importyna α) - (importyna β) dysocjuje po związaniu się do Ran - GTP kompleksu wewnątrz jądra , dwa importyny zawraca do cytoplazmy dla nowego cyklu.

Importin α

Ważna część podjednostki α, pełniącej rolę białka adaptorowego , składa się z kilku powtórzeń ułożonych tandemowo pancernika . Te powtórzenia mogą się układać razem, tworząc zakrzywioną strukturę, która ułatwia wiązanie z sekwencją lokalizacji jądrowej specyficzną dla transportowanych białek. Miejsce wiązania głównych NLS znajduje się w pobliżu końca N -końcową , wtórne miejsca wiązania w pobliżu końca C -końcową . Kolejne powtarzanie Armadillo The importyna α zawiera region N -końcową 90  pozostałości z aminokwasami, zapewniając połączenie z p importyny i nazwie domeny IBB . Jest to również miejsce autohamowania, które jest również zaangażowane w uwalnianie transportowanego białka, gdy importina α znajdzie się w jądrze.

Importin β

W importyny p mają konstrukcję typową białek Spośród nadrodziny z karyophérines . Mają od 18 do 20  powtórzeń HEAT w tandemie, każde z tych powtórzeń zawiera dwie antyrównoległe helisy α połączone łokciem i których stos stanowi ogólną strukturę białka.

Aby przetransportować białko, z którym się związało, do jądra , importyna β musi związać się z kompleksami porów jądrowych . Osiąga to za pomocą słabych i przejściowych wiązań z nukleoporynami  (en) na poziomie ich motywów FG lub Phe - Gly . Analizy krystalografii rentgenowskiej wykazały, że motywy te wiążą się z płytkimi hydrofobowymi kieszeniami na powierzchni β-importiny.

Importuj cykl białek do jądra komórkowego

Główną funkcją importyny jest translokacji białka o jądrowego sygnału lokalizacyjnego z cytoplazmy do wnętrza z komórek jądra przez kompleksy porów jądrowych ( NPC ), tak zwanym cyklu. Import białek jądrowych.

Tworzenie kompleksu białko-importina

Ten cykl zaczyna się od wiązania transportowanego białka. Etap ten można przeprowadzić za pomocą monomeru importyny β , ale generalnie jest to również importyna α tworząca z nią heterodimer i odgrywająca rolę białka adaptorowego wraz z białkami NLS . Ten ostatni jest sekwencja z podstawowych aminokwasów, co oznacza, że białko, które przenosi je jako mające być importowane do jądra. Białko docelowe może przenosić jeden lub dwa takie sygnały, które wiążą się z pierwszorzędowymi i drugorzędowymi miejscami wiązania importyny α.

Importowanie kompleksu do jądra

Gdy białko, które ma być transportowane, wiąże się z importiną, importyna β wchodzi w interakcję z kompleksem portu jądrowego w celu dyfuzji do wnętrza jądra z cytoplazmy. Prędkość dyfuzji zależy zarówno od stężenia alfa importynę w cytoplazmie, ale również na powinowactwo z alfa importynę białka do transportu. Po dotarciu do jądra kompleks białkowy (importin α) - (importin β) oddziałuje z białkiem Ran z nadrodziny Ras  (fr) , co wywołuje zmianę konformacyjną w importinie β i dysocjuje złożone białko– (importin α) - (importin β) –Ran w białku– (importin α) z jednej strony i (importin β) –Ran– GTP z drugiej strony. Importin β związany z Ran– GTP i jest gotowy do recyklingu.

Dysocjacja kompleksu białko-importina-Ran-GTP

Z kolei fragment białka– (importin α) dysocjuje w jądrze. Mechanizm tej dysocjacji obejmuje domenę IBB regionu N -końcowego importyny α, która zawiera region autoregulacyjny przypominający sygnał NLS. Dysocjacja od importyny β skutkuje uwolnieniem tego miejsca i spowodowaniem, że konkuruje ono z transportowanymi białkami, gdy próbują one związać się z głównym miejscem wiążącym NLS importyny α. To właśnie ten mechanizm zapewnia dysocjację transportowanego białka od importiny α. W niektórych przypadkach specyficzne uwalnianie czynników, takich jak nukleoporyny  (en) NUP2 i Nup50  (en), może interweniować, aby ułatwić dysocjację transportowanego białka.

Import w recyklingu

Wreszcie, importyna α wiąże się z kompleksem Ran-GTP / CAS  (in), który ułatwia jej wyjście jądra do cytoplazmy. Białko CAS należy do nadrodziny karioferyn i jest czynnikiem eksportującym jądro. Kompleks (importin β) zwraca -Ran-GTP do cytoplazmy, a kompleks Ran-GTP jest hydrolizowany przez aktywujące białko GTPase activity  (en) ( GAP ), dając kompleks Ran- GDP , który uwalnia β importin: it to hydroliza GTP, która dostarcza energii na cały cykl importu białka. W jądrze czynnik wymiany nukleotydów guaniny  (en) ( GEF ) ładuje białko Ran cząsteczką GTP, która jest następnie hydrolizowana przez białko aktywujące aktywność GTPazy cytoplazmy, to aktywność GTPazy białka Ran, która zapewnia jednokierunkowy charakter transportu białek przez błonę jądrową .

Implikacje medyczne

Kilka chorób jest związanych z mutacjami lub zmianami w ekspresji importyny α i importiny β. Importyny odgrywają decydującą rolę w regulacji gametogenezy i embriogenezy . Zatem zmiana w ekspresji importyny α została powiązana z zaburzeniami płodności u Drosophila melanogaster .

Badania wiążą również zmiany w importinie α z niektórymi przypadkami raka . W szczególności rak sutka byłby związany z postacią importyny α, w której brakuje domeny wiążącej sygnału lokalizacji jądrowej . Ponadto wykazano, że importina α importuje białko BRCA1 do jądra. Nadekspresja importyny α jest również związana ze słabymi wskaźnikami przeżycia u pacjentów z niektórymi czerniakami .

Niektóre patologie wirusowe zostały również powiązane z importynami. Jednym z kluczowych etapów zakażenia wirusem Ebola jest zahamowanie importu do jądra białka PY-STAT1  (in)  : wirus Ebola jest odbiorcą importu w cytoplazmie, dzięki czemu nie może on już transportować białek do jądra przez wiążące się z ich NLS.

Uwagi i odniesienia

  1. (w) Dirk Görlich Siegfried Prehn, Ronald A. Laskey i Enno Hartmann , „  Izolacja białka, które jest niezbędne dla pierwszego etapu importu białka jądrowego  ” , Celi , tom.  79 N O  5, 2 grudnia 1994, s.  767-778 ( PMID  8001116 , DOI  10.1016 / 0092-8674 (94) 90067-1 , czytaj online )
  2. (w) Iain W. Mattaj i Ludwig Englmeier , „  Nucleocytoplasmic transport: the soluble phase  ” , Annual Review of Biochemistry , vol.  67, Lipiec 1998, s.  265-306 ( PMID  9759490 , DOI  10.1146 / annurev.biochem.67.1.265 , czytaj online )
  3. (w) Kaylen Lott i Gino Cingolani , „  Domena wiążąca importiny β jako główny regulator transportu nukleocytoplazmatycznego  ” , Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research , tom.  1813 N O  9, wrzesień 2011, s.  1578-1592 ( PMID  21029753 , PMCID  3037977 , DOI  10.1016 / j.bbamcr.2010.10.012 , czytaj online )
  4. (w) Elena Conti, Marc Uy, Lore Leighton, Günter Blobel i John Kuriyan , „  Crystallographic Analysis of the Recognition of a Nuclear Localization Signal by the Nuclear Import Factor Karyopherin α  ” , Cell , vol.  94 N O  2 24 lipca 1998, s.  193-204 ( PMID  9695948 , DOI  10.1016 / S0092-8674 (00) 81419-1 , czytaj online )
  5. (w) Soo Jae Lee, Yoshiyuki Matsuura Sai Man Liu i Murray Stewart , „  Structural base  for nuclera import complex dissociation by RanGTP , Nature , vol.  435 n O  7042, 2 czerwca 2005, s.  693-696 ( PMID  15864302 , DOI  10.1038 / nature03578 , Bibcode  2005Natur.435..693L , czytaj online )
  6. (w) Richard Bayliss, Trevor Littlewood i Murray Stewart , „  Podstawy strukturalne interakcji entre FxFG Nucleoporin Repeats and Importin-β in Nuclear Trafficking  ” , Cell , vol.  102 n o  1, 7 lipca 2000, s.  99-108 ( PMID  10929717 , DOI  10.1016 / S0092-8674 (00) 00014-3 , czytaj online )
  7. (in) Karsten Weis , „  Regulating Access to the Genome: Nucleocytoplazmic Transportation Throughout The Cell Cycle  ” , Cell , tom.  112 n O  4, 21 lutego 2003, s.  441-451 ( PMID  12600309 , DOI  10.1016 / S0092-8674 (03) 00082-5 , czytaj online )
  8. (w) Laura J. Terry, Eric B. Shows i Susan R. Wente , „  Crossing the Nuclear Envelope: Hierarchical Nucleocytoplasmic Regulation of Transport  ” , Science , vol.  318 n O  5855 30 listopada 2007, s.  1412-1416 ( PMID  18048681 , DOI  10.1126 / science.1142204 , Bibcode  2007Sci ... 318.1412T , czytaj online )
  9. (w) Il-Soo Kim, Dong-Hwan Kim, Su-Mi Han Mi-Uk Chin Hye-Jung Nam Hyun-Pil Cho, Sang-Yong Choi Byung-Joo Song, Eun-Ryoung Kim Yong -Soo Bae and Young -Ho Moon , „  Obcięta forma importyny α zidentyfikowana w komórkach raka piersi hamuje import jądrowy p53  ” , Journal of Biological Chemistry , vol.  275 n O  30, 28 lipca 2000, s.  23139-23145 ( PMID  10930427 , DOI  10.1074 / jbc.M909256199 , czytaj online )
  10. (w) Véronique Winnepenninckx Vladimir Lazar, Stefan Michiels Philippe Dessen, Marguerite Stas, Soledad R. Alonso, Marie-Françoise Avril, Pablo L. Ortiz Romero, Robert Thomas, Ovidiu Balacescu Alexander MM Eggermont, Gilbert Lenoir Alain Sarasin, Thomas Tursz, Joost J. van den Oord i Alain Spatz , „  Gene Expression Profiling of Primary Cutaneous Melanoma and Clinical Outcome  ” , Journal of the National Cancer Institute , vol.  98, n o  7, 5 kwietnia 2006, s.  472-482 ( PMID  16595783 , DOI  10.1093 / jnci / djj103 , czytaj online )
  11. (w) Toshihiro Sekimoto, Naoko Imamoto Koichi Nakajima, Toshio Hirano i Yoshihiro Yoneda , „  Zależny od sygnału import jądrowy Stat1 jest zależny od sygnału jądrowego w procesie tworzenia porów jądrowych z NPI-1, ale nie z RCH1  ” , The EMBO Journal , vol.  16 N O  23, Grudzień 1997, s.  7067-7077 ( PMID  9384585 , PMCID  1170309 , DOI  10.1093 / emboj / 16.23.7067 , czytaj online )