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Les signaux de localisation nucléaire et l’importation
Les protéines ciblées sur le noyau portent de courtes séquences d'acides aminés appelées signal de localisation nucléaire ou NLS. Les signaux de local…
Les protéines importées du cytosol vers le noyau contiennent de courtes séquences d’acides aminés appelées signaux de localisation nucléaire ou NLS.
Les importines, récepteurs nucléaires spécialisés dans l’importation, reconnaissent les NLS des protéines cargo et les transportent vers le noyau à travers les complexes de pores nucléaires ou NPC.
Les importines sont présentes dans le cytosol sous forme de dimères solubles d’une sous-unité alpha et d’une sous-unité bêta. L’importine alpha se lie à la NLS d’une protéine cargo pour former un complexe cargo-récepteur.
L'importine bêta se lie aux fibrilles cytoplasmiques s'étendant à partir du NPC et arrime le complexe cargo-récepteur à l'ouverture du canal.
Le canal interne du NPC est tapissé de répétitions riches en phénylalanine-glycine ou FG qui forment une barrière sélective semblable à un gel.
Au fur et à mesure que le complexe cargo-récepteur se déplace dans le canal, la sous-unité bêta établit de multiples contacts faibles avec les répétitions FG et saute à travers le canal, brisant les interactions entre les répétitions FG et dissolvant la barrière gélatineuse. Grâce à ces contacts répétés et à la dissolution, le complexe cargo-récepteur se déplace à l’intérieur du noyau.
Dans le noyau, une protéine liée au GTP appelée Ran se lie à l’importine bêta et induit un changement conformationnel du récepteur pour libérer la protéine cargo.
Le complexe importin-Ran-GTP est ensuite transporté vers le cytosol, où le GTP est hydrolysé, libérant ainsi les importines pour une autre série d’importation de fret.
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Q1: What are nuclear localization signals and why do proteins need them?
Nuclear localization signals (NLS) are short stretches of amino acid sequences that mark proteins for nuclear import. Proteins destined for the nucleus contain these signals, which are recognized by specialized import receptors called importins. Without NLS, proteins cannot be directed to and transported across the nuclear envelope.
Q2: How do importin alpha and importin beta work together during nuclear import?
Importin alpha recognizes and binds the NLS of cargo proteins, forming a cargo-receptor complex. Importin beta then binds to cytoplasmic fibrils extending from the nuclear pore complex and docks the cargo-receptor complex at the channel opening. Together, these subunits facilitate transport of the cargo protein into the nucleus.
Q3: What role do FG-rich repeats play in nuclear pore transport?
The inner channel of the nuclear pore complex is lined with phenylalanine-glycine (FG) repeats that form a gel-like selective barrier. As the cargo-receptor complex moves through, the importin beta subunit makes weak contacts with these FG repeats and hops across the channel, dissolving the gel-like barrier and allowing passage of the cargo protein.
Q4: What are the different types of classical nuclear localization signals?
Classical NLS exist in two forms: monopartite and bipartite. Monopartite NLS consists of a single cluster of 4-8 amino acids rich in lysine and arginine. Bipartite NLS contains two clusters of 2-3 amino acids separated by a 9-12 residue proline-rich linker. Both types are recognized by importin alpha for nuclear targeting.
Q5: How does Ran-GTP release cargo proteins inside the nucleus?
Once inside the nucleus, the GTP-bound protein Ran binds to importin beta and induces a conformational change in the receptor. This conformational change causes the importin alpha-cargo complex to dissociate, releasing the cargo protein into the nucleus. The importin-Ran-GTP complex is then transported back to the cytosol for recycling.
Q6: What happens to importins after they return to the cytosol?
When the importin-Ran-GTP complex returns to the cytosol, GTP is hydrolyzed to GDP, releasing the importins. The freed importin alpha and beta subunits dissociate and become available as soluble dimers in the cytosol for another round of cargo import, enabling continuous nuclear protein transport.
Q7: What are non-classical and cryptic nuclear localization signals?
Beyond classical monopartite and bipartite NLS, cells use non-classical NLS, putative NLS, spatial epitope NLS, and cryptic NLS for nuclear targeting. These alternative signal types provide flexibility in protein recognition and allow importins to transport diverse cargo proteins. Some proteins contain multiple NLS to enhance nuclear import efficiency.