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핵을 표적으로 삼는 단백질은 핵 국소화 신호(NLS)라고 불리는 짧은 길이의 아미노산 서열을 운반합니다. 고전적인 핵 위치 파악 신호에는 단일 분할 NLS와 이분 분할 NLS의 두 가지 유형이 있습니다. cNLS(단분절 고전 NLS)는 4~8개 아미노산의 단일 클러스터…
세포질에서 핵으로 가져온 단백질에는 핵 국소화 신호(nuclear localization signal) 또는 NLS라고 하는 짧은 아미노산 염기서열이 포함되어 있습니다.
특수 핵 수입 수용체인 임포틴(Importins)은 화물 단백질의 NLS를 인식하고 핵공 복합체 또는 NPC를 통해 핵으로 운반합니다.
importins는 알파와 베타 소단위체의 용해성 이량체로 세포질에 존재합니다. Importin alpha는 화물 단백질의 NLS와 결합하여 화물 수용체 복합체를 형성합니다.
Importin beta는 NPC에서 뻗어 나온 세포질 원섬유를 결합하고 화물 수용체 복합체를 채널의 개구부에 도킹합니다.
NPC의 내부 채널에는 젤과 같은 선택적 장벽을 형성하는 페닐알라닌-글리신 또는 FG가 풍부한 반복이 늘어서 있습니다.
화물 수용체 복합체가 채널을 통해 이동함에 따라 베타 소단위체는 FG 반복과 여러 개의 약한 접촉을 만들고 채널을 가로질러 도약하여 FG 반복 간의 상호 작용을 끊고 젤 같은 장벽을 용해합니다. 이러한 반복적인 접촉과 용해를 통해 화물 수용체 복합체는 핵 내부로 이동합니다.
핵 내에서 Ran이라고 하는 GTP 결합 단백질은 importin beta와 결합하고 수용체의 구조적 변화를 유도하여 화물 단백질을 방출합니다.
그런 다음 importin-Ran-GTP 복합체는 다시 사이토솔로 운반되어 GTP가 가수분해되어 또 다른 화물 수입을 위해 importin을 방출합니다.
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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.