Importuj α

Importyna alfa lub karioferyna alfa odnosi się do klasy białek adaptorowych , które biorą udział w imporcie białek do jądra komórkowego . Są podrodziną karioferyny .

Wiadomo, że importyna α wiąże się z sekwencją sygnału lokalizacji jądrowej (NLS) białek ukierunkowanych na jądro. Po tym rozpoznaniu importyna α łączy białko z importyną β, która transportuje białko zawierające NLS przez otoczkę jądrową do miejsca przeznaczenia. Ze względu na ich komplementarny związek funkcjonalny, importyna α i importyna β są często określane jako heterodimer importyny α / β, ale są one funkcjonalnie oddzielne i zwykle nie występują ze sobą w koniugacji, a jedynie łączą się w procesach importu komórkowego, w ten sposób białka importyny α stanowią niezależną klasę białek adaptorowych.

Struktura

Importyna α jest małym białkiem składającym się z trzech funkcjonalnie odrębnych domen: domeny IBB, domeny ARM i domeny wiążącej CAS eksportyny.

Region N-końcowy białek składa się z domeny wiążącej importynę-β lub IBB. Ten region białka jest odpowiedzialny za interakcję z importyną β. Region ten został opisany jako seria co najmniej 41 niezbędnych reszt aminokwasowych, w szczególności pozycji 10-50 białka. Wykazano, że usunięcie jednego z tych aminokwasów zmniejsza import energii jądrowej o około 50%. Większe delecje korelują z jeszcze większymi stratami funkcji trójskładnikowego kompleksu importu składającego się z importyny α, importyny β i docelowego białka.

Większość białka importyny α składa się z serii dziesięciu tandemowych powtórzeń pancernika lub ARM. Scentralizowana domena ARM, składająca się z dziewięciu powtórzeń ARM, jest odpowiedzialna za regulację wiązania NLS w celu bezpośredniego oddziaływania z białkami docelowymi w jądrze. Te powtórzenia ARM rozpoznają podstawowe reszty, które są charakterystyczne dla sekwencji NLS. Sekwencje NLS mogą być jednoczęściowe (pojedyncze skupisko zasadowych aminokwasów) lub dwudzielne (dwa skupiska zasadowych aminokwasów z sekwencją łącznika). Domena ARM zawiera w sobie dwa miejsca wiązania, umożliwiając pojedynczej cząsteczce importyny α interakcję z dwoma jednoczęściowymi białkami zawierającymi NLS lub pojedynczym dwuczęściowym białkiem NLS.

Domena C-końcowa importyny α, która obejmuje dziesiąte powtórzenie ARM, jest odpowiedzialna za interakcję z eksportyną CAS, innym białkiem karioferyny, które działa w recyklingu importyny α z jądra z powrotem do cytoplazmy komórki. Powiązanie tej domeny wiążącej eksportynę CAS jest zależne od Ran-GTP, a hydroliza GTP prowadzi do dysocjacji importyny α z kompleksu eksportyny CAS-Ran.

Wiązanie NLS z domeną ARM, a tym samym tworzenie kompleksu importu, jest regulowane przez domenę IBB importyny α. Domena IBB cząsteczek importyny α zawiera wiele zasadowych reszt aminokwasowych, podobnych do tych występujących w sekwencjach NLS. To podobieństwo w strukturze prowadzi do zdolności domeny IBB do fałdowania się do wewnątrz i zajmowania miejsc wiązania NLS, gdy nie ma cząsteczki importyny β związanej z importyną α. Ten mechanizm autohamowania zapobiega wiązaniu importyny α z białkami zawierającymi NLS, chyba że jest już powiązana importyna β, zapewniając, że wiązanie nie nastąpi, zanim wszystkie niezbędne mechanizmy importu będą dostępne. Z tego powodu sama importyna α ma dość niskie powinowactwo do sekwencji NLS, a wyższe powinowactwo do NLS obserwuje się, gdy obecne są zarówno importyna α, jak i importyna β.

Funkcje

Podstawową funkcją importyny α jest jej rola w imporcie jądrowym białek zawierających sekwencję NLS. Import jądrowy szlakiem Importin α można podsumować następującym sześciostopniowym cyklem:

1. Powtórzenia ARM wolnej importyny α w cytoplazmie wiążą NLS białek docelowych w jądrze, podczas gdy domena IBB jednocześnie łączy się z białkiem importyny β, tworząc trójskładnikowy kompleks.
2. Trójskładnikowy kompleks jest związany w miejscu dokowania w Nuclear Pore Complex (NPC)
3. Importin β pośredniczy w transporcie przez otoczkę jądrową
4. Trójskładnikowy kompleks dysocjuje z powodu wiązania importyny β z Ran-GTP
5. Wolna importyna α tworzy kompleks eksportowy wraz z eksportyną CAS i Ran-GTP i jest transportowana z jądra
6. GTP ulega hydrolizie, a kompleks eksportowy dysocjuje, uwalniając wolną importynę α do cytoplazmy

Chociaż ten proces importu jądrowego stanowi większość funkcjonalnej roli białek importyny α, wykazano, że w kilku innych ważnych funkcjach pośredniczy importyna α, w tym gametogeneza, rozwój, reakcja na szok cieplny, degradacja białek i infekcja patogenem wirusowym.

Wykazano, że gametogeneza ma duży wpływ na importynę białek α na wiele różnych sposobów. Modele zwierzęce wykorzystujące Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster i organizmy ssaków wyższego rzędu wykazały, że importyna α jest bogata w rozwijające się gamety, a mutacje powodujące zmiany funkcjonalne mogą prowadzić do defektów gamet i bezpłodności. W modelach bydlęcych wykazano, że nokaut genów kodujących importynę α zapobiega rozwojowi zapłodnionego zarodka do stadium blastocysty, uniemożliwiając tym samym prawidłowy rozwój zarodka i prowadząc do śmierci organizmu. Importyna α jest również zaangażowana w rozwój reakcji na szok cieplny w Drosophila . Ponadto wykazano, że import Importin α reguluje funkcję proteazy, w tym Taspazy1, degradatora białek białaczkowych.

Podsumowując, jasne jest, że białka importyny α są absolutnie niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórek, a mutacje tych białek mogą mieć wiele katastrofalnych i potencjalnie śmiertelnych skutków.

Rola w patogeniczności wirusów

Badania powiązały importynę α z rozpoznawaniem i importem niektórych wirusowych nukleoprotein, w tym z wirusa grypy A. Grypa A jest wyjątkowym patogenem, ponieważ wykorzystuje maszynerię komórkową gospodarza do replikacji genetycznej, a zatem musi mieć mechanizm wejścia do jądra w celu przeprowadzenia tej replikacji. Odkryto, że wirus grypy A uzyskuje dostęp do tej maszynerii gospodarza poprzez sekwencję podobną do NLS w kierunku N-końca wirusowej nukleoproteiny, która może być rozpoznawana przez białka importyny klasy α. Sekwencja ta występuje w obrębie pierwszych 20 pozycji aminokwasowych wirusowej nukleoproteiny i zawiera skupiska podstawowych aminokwasów, podobnie jak te występujące w sekwencjach NLS gospodarza i domenie importyny α IBB. Z powodu tego podobieństwa strukturalnego nukleoproteina wirusa grypy A może zostać zaimportowana do jądra swojego gospodarza i przejąć maszynerię replikacyjną w celu proliferacji. Wiadomo również, że małpi wirus upośledzenia odporności (SIV) wykorzystuje szlak importyny α poprzez sekwencję podobną do NLS.