Importin α - Importin α

Importovat alfanebo karyopherin alfa odkazuje na třídu adaptéru bílkoviny které se podílejí na dovozu bílkovin do buněčné jádro. Jsou podskupinou karyofherin bílkoviny.^[1]

Je známo, že importin α se váže na signál jaderné lokalizace (NLS) sekvence proteinů cílených na jádro.^[2] Po tomto rozpoznání importin α spojuje protein s importinem β, který transportuje protein obsahující NLS přes jaderný obal na místo určení.^[3] Kvůli jejich doplňkovému funkčnímu vztahu importují α a importin β jsou často označovány jako importin α / β heterodimer, ale jsou funkčně oddělené a normálně neexistují ve vzájemné konjugaci, ale asociují se pouze pro buněčné importní procesy, takže proteiny importinu α tvoří nezávislou třídu adaptorového proteinu.

Struktura

Importin α je malý protein skládající se ze tří funkčně odlišných domén: IBB doména, ARM doména a exportin CAS vazebná doména.^[3]

N-koncová oblast proteinů sestává z domény vázající importin-p nebo IBB. Tato oblast proteinu je zodpovědná za interakci s importinem β.^[3] Tato oblast byla popsána jako řada alespoň 41 zbytků esenciálních aminokyselin, konkrétně pozic 10 až 50 proteinu. Ukázalo se, že delece jedné z těchto aminokyselin snižuje aktivitu importu jaderných zbraní přibližně o 50%. Větší delece korelují s ještě většími ztrátami funkce ternárního importního komplexu složeného z importinu α, importinu β a cílového proteinu.^[4]

Většina importinového α proteinu je tvořena sérií deseti opakování tandemového pásovce nebo ARM. Centralizovaná doména ARM, skládající se z devíti opakování ARM, je zodpovědná za regulaci vazby NLS k přímé interakci s proteiny zaměřenými na jádro.^[3] Tyto ARM repetice rozpoznávají základní zbytky, které jsou charakteristické pro NLS sekvence. Sekvence NLS mohou být monopartitní (jeden klastr bazických aminokyselin) nebo bipartitní (dva klastry bazických aminokyselin s linkerovou sekvencí). ARM doména obsahuje dvě vazebná místa uvnitř, což umožňuje interakci jedné importinové molekuly α se dvěma monopartitními proteiny obsahujícími NLS nebo jediným bipartitním NLS proteinem.^[5]

C-koncová doména importinu α, která zahrnuje desáté opakování ARM, je zodpovědná za interakci s exportinem CAS, dalším karyoferinovým proteinem, který funguje při recyklaci importinu α z jádra zpět do cytoplazmy buňky. Asociace této vazebné domény CAS pro exportin je závislá na Ran-GTP a hydrolýza GTP vede k disociaci importinu α od komplexu exportin CAS-Ran.^[3]

Vazba NLS na doménu ARM, a tím tvorba importního komplexu, je regulována doménou IBB importinu α. IBB doména molekul importinu α obsahuje mnoho bazických aminokyselinových zbytků, podobných těm, které se nacházejí v NLS sekvencích.^[4] Tato podobnost struktury vede ke schopnosti domény IBB ohnout se dovnitř a obsadit vazebná místa NLS, pokud s importinem α není spojena molekula importin β. Tento autoinhibiční mechanismus brání importinu α ve vazbě na proteiny obsahující NLS, pokud již není asociován s importinem β, což zajišťuje, že k vazbě nedojde dříve, než bude k dispozici veškerý nezbytný importní mechanismus.^[6] Z tohoto důvodu má samotný importin α poměrně nízkou afinitu k NLS sekvencím a vyšší afinita k NLS je pozorována, pokud jsou přítomny jak importin α, tak importin β.^[7]

Funkce

Primární funkcí importinu α je jeho role v jaderném importu proteinů obsahujících sekvenci NLS.^[2] Nukleární import cestou Importin α lze shrnout do následujícího šestikrokového cyklu:^[3]

1. ARM repetice volného importinu α v cytoplazmě váží NLS proteinů cílených na jádro, zatímco doména IBB se současně připojuje k proteinu p importin β a vytváří ternární komplex.
2. Ternární komplex je vázán na dokovacím místě v komplexu Nuclear Pore Complex (NPC)
3. Importin β zprostředkovává transport přes jaderný obal
4. Ternární komplex disociuje v důsledku vazby importinu β na Ran-GTP
5. Volný importin α tvoří exportní komplex spolu s exportinem CAS a Ran-GTP a je transportován z jádra
6. GTP je hydrolyzován a exportní komplex disociuje a uvolňuje volný importin α do cytoplazmy

I když tento proces importu jaderných látek tvoří většinu funkční role proteinů importinu α, bylo prokázáno, že importiny α zprostředkovává několik dalších důležitých funkcí, včetně gametogeneze, vývoje, reakce tepelného šoku, degradace proteinů a infekce virovými patogeny.^{[3][8][9][10][11][12][13][14][15][16]}

Ukázalo se, že gametogeneze má velký vliv na importin α proteinů mnoha různými způsoby. Použití zvířecích modelů Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, a organismy savců vyššího řádu ukázaly, že importin a je hojný ve vývoji gamet a mutace, které způsobují funkční alterace, mohou vést k defektům gamety a sterilitě.^{[3][8][10][12][13]} U bovinních modelů bylo prokázáno, že vyřazení genů kódujících importin α brání vývoji oplodněných embryí do stadia blastocysty, čímž brání správnému embryonálnímu vývoji a vede ke smrti organismu.^[11] Importin α se také podílí na vývoji reakce na tepelný šok v roce 2006 Drosophila embrya.^[9] Navíc se ukázalo, že import Importinu α reguluje funkci proteázy, včetně funkce Taspázy 1, degradátoru leukemických proteinů.^[13]

Celkově vzato je jasné, že importinové α proteiny jsou naprosto zásadní pro správné fungování buněk a mutace těchto proteinů mohou mít mnoho katastrofálních a potenciálně letálních účinků.

Role ve virové patogenitě

Studie spojují importin α s rozpoznáváním a importem některých virových nukleoproteinů, včetně virů chřipky A.^[15] Chřipka A je jedinečným patogenem v tom, že k provádění genetické replikace využívá buněčnou techniku ​​hostitele, a proto musí mít mechanismus pro vstup do jádra, aby tuto replikaci provedla. Bylo zjištěno, že virus chřipky A přistupuje k tomuto hostitelskému aparátu prostřednictvím sekvence podobné NLS směrem k N-konci virového nukleoproteinu, který lze rozpoznat proteiny třídy importinu α. Tato sekvence se vyskytuje v prvních 20 aminokyselinových pozicích virového nukleoproteinu a obsahuje shluky bazických aminokyselin, podobně jako ty, které se nacházejí v hostitelských NLS sekvencích a importinové a IBB doméně. Kvůli této strukturální podobnosti je virový nukleoprotein chřipky A schopen importovat do jádra svého hostitele a převzít replikační mechanismus k jeho proliferaci. Virus opičí imunodeficience (SIV) je také známý tím, že využívá výhody cesty importinu α prostřednictvím sekvence podobné NLS.^[16]

Reference