Importin เป็น karyopherinชนิดหนึ่ง^{[ 1 ]}ที่เกี่ยวข้องกับการขนส่ง โมเลกุล โปรตีนที่เคลื่อนที่จากไซโตพลาสซึมของเซลล์ไปยังนิวเคลียส โดยจะทำเช่นนั้นโดยการจับกับ ลำดับการจดจำเฉพาะที่เรียกว่าลำดับตำแหน่งนิวเคลียส (NLS)

อิมพอร์ทินมีสองหน่วยย่อย คือ อิมพอร์ทิน α และอิมพอร์ทิน β สมาชิกในกลุ่มอิมพอร์ทิน-β สามารถจับและขนส่งสารได้ด้วยตัวเอง หรือสามารถสร้างเฮเทอโรไดเมอร์กับอิมพอร์ทิน-α ได้ ในฐานะส่วนหนึ่งของเฮเทอโรไดเม อ ร์ อิมพอร์ทิน-β ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการโต้ตอบกับคอมเพล็กซ์รูพรุนในขณะที่อิมพอร์ทิน-α ทำหน้าที่เป็นโปรตีนตัวเชื่อมเพื่อจับกับสัญญาณระบุตำแหน่งนิวเคลียส (NLS) บนสาร ไตรเมอร์ NLS-อิมพอร์ทิน α-อิมพอร์ทิน β จะแยกตัวออกหลังจากจับกับRan GTPภายในนิวเคลียส^{[ 2 ]} โดยโปรตีน อิมพอร์ทินทั้งสองจะถูกนำกลับไปใช้ ใน ไซโตพลาส ซึมต่อไป

อิมพอร์ทินสามารถมีอยู่ได้ทั้งในรูปเฮเทอโรไดเมอร์ของอิมพอร์ทิน-α/β หรือในรูปโมโนเมอร์ของอิมพอร์ทิน-β อิมพอร์ทิน-α ถูกแยกได้เป็นครั้งแรกในปี 1994 โดยกลุ่มที่รวมถึงEnno Hartmannซึ่งประจำอยู่ที่ศูนย์ Max Delbrück สำหรับเวชศาสตร์โมเลกุล [ ^{1 ] กระบวนการ}นำเข้าโปรตีนนิวเคลียร์ได้รับการอธิบายลักษณะไว้แล้วในบทวิจารณ์ก่อนหน้านี้^{[ 3 ]}แต่โปรตีนสำคัญที่เกี่ยวข้องยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนจนถึงจุดนั้น โปรตีน ไซโตโซลขนาด 60 kDa ซึ่งจำเป็นต่อการนำเข้าโปรตีนเข้าสู่นิวเคลียส และมีลำดับความเหมือน 44% กับ SRP1p ได้รับการทำให้บริสุทธิ์จาก ไข่ของ กบ Xenopusมันถูกโคลน จัดลำดับ และแสดงออกในE.coliและเพื่อให้การขนส่งที่ขึ้นอยู่กับสัญญาณเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ จำเป็นต้องรวมเข้ากับRan (TC4) ปัจจัยกระตุ้นสำคัญอื่นๆ ก็พบได้ในการศึกษานี้เช่นกัน^{[ 1 ]}

อิมพอร์ทิน-β แตกต่างจากอิมพอร์ทิน-α ตรงที่ไม่มีโฮโมล็อก โดยตรง ในยีสต์ แต่ได้รับการทำให้บริสุทธิ์เป็นโปรตีนขนาด 90-95 kDa และพบว่าก่อตัวเป็นเฮเทอโรไดเมอร์กับอิมพอร์ทิน-α ในหลายกรณี ซึ่งรวมถึงการศึกษาที่นำโดย Michael Rexach ^{[ 4 ]} และการศึกษาเพิ่มเติมโดยDirk Görlich [ ^{5 ] กลุ่ม}เหล่านี้พบว่าอิมพอร์ทิน-α ต้องการโปรตีนอีกตัวหนึ่งคืออิมพอร์ทิน-β เพื่อการทำงาน และเมื่อรวมกันแล้วจะสร้างตัวรับสัญญาณระบุตำแหน่งนิวเคลียส (NLS)จึงทำให้สามารถขนส่งเข้าไปในนิวเคลียสได้ นับตั้งแต่การค้นพบครั้งแรกในปี 1994 และ 1995 ได้มีการค้นพบยีนอิมพอร์ทินจำนวนมาก เช่นIPO4และIPO7ซึ่งอำนวยความสะดวกในการนำเข้าโปรตีนขนส่งที่แตกต่างกันเล็กน้อย เนื่องจากโครงสร้างและตำแหน่งที่แตกต่างกัน

โปรตีนอะแดปเตอร์อิมพอร์ทิน-α ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอาร์มาดิลโลรีพีท (ARM) หลายชุด เรียงต่อกันรีพีทเหล่านี้สามารถซ้อนกันเป็นโครงสร้างรูปทรงโค้ง ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการจับกับNLSของโปรตีนขนส่งเฉพาะ ตำแหน่งการจับ NLS หลักอยู่ที่ปลายN-terminusโดยมีตำแหน่งรองอยู่ที่ปลายC-terminusนอกจาก โครงสร้าง ARMแล้ว อิมพอร์ทิน-α ยังมี บริเวณ ปลาย N-terminus ที่ มี กรดอะมิโน 90 ตัว ซึ่งทำหน้าที่จับกับอิมพอร์ทิน-β เรียกว่าโดเมนการจับอิมพอร์ทิน-β (IBB) ^{[ 6 ]}บริเวณนี้ยังเป็นตำแหน่งของการยับยั้งตัวเอง^{[ 7 ] และเกี่ยวข้องกับการปล่อย โปรตีน}ขนส่งเมื่ออิมพอร์ทิน-α ไปถึงนิวเคลียส^[ 8 ^]

Importin-β เป็นโครงสร้างทั่วไปของ ซูเปอร์ แฟมิลี ขนาดใหญ่ ของคาริโอเฟอรินโครงสร้างพื้นฐานของพวกมันคือการทำซ้ำแบบเรียงต่อกัน 18-20 ครั้งของ โมทีฟ HEATแต่ละการทำซ้ำเหล่านี้ประกอบด้วยเกลียวอัลฟา แบบขนานสองอัน ที่เชื่อมต่อกันด้วยส่วนโค้ง ซึ่ง ^{เรียง}ซ้อนกันเพื่อสร้างโครงสร้างโดยรวมของโปรตีน [ ^{9 ]}

เพื่อขนส่งสัมภาระเข้าไปในนิวเคลียสอิมพอร์ทิน-β ต้องเชื่อมโยงกับคอมเพล็กซ์รูพรุนนิวเคลียร์โดยจะทำเช่นนั้นด้วยการสร้างพันธะ ที่อ่อนแอและชั่วคราว กับ นิ วคลีโอพอรินที่ โมทีฟ F G (Phe-Gly) ต่างๆ การวิเคราะห์ ทางผลึกศาสตร์แสดงให้เห็นว่าโมทีฟ เหล่านี้ จับกับอิมพอร์ทิน-β ที่ ช่อง ไฮโดรโฟบิก ตื้นๆ ที่พบอยู่บนพื้นผิว^{[ 10 ]}

หน้าที่หลักของอิมพอร์ทินคือการเป็นตัวกลางในการเคลื่อนย้ายโปรตีนที่มีสัญญาณระบุตำแหน่งในนิวเคลียสเข้าไปในนิวเคลียสผ่านทางคอมเพล็กซ์รูพรุนนิวเคลียส (NPC)ในกระบวนการที่เรียกว่าวงจรการนำเข้าโปรตีนเข้าสู่นิวเคลียส

ขั้นตอนแรกของวงจรนี้คือการจับกับสารขนส่ง อิมพอร์ทินสามารถทำหน้าที่นี้ได้ในรูปของโปรตีนอิมพอร์ทิน-β แบบโมโนเมอร์แต่โดยปกติแล้วจะต้องมีอิมพอร์ทิน-α อยู่ด้วย ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมต่อกับโปรตีนสารขนส่ง (ผ่านการโต้ตอบกับNLS ) NLSคือลำดับของกรดอะมิโน พื้นฐาน ที่ติดแท็กโปรตีนว่าเป็นสารขนส่งที่มุ่งหน้าไปยังนิวเคลียสโปรตีนสารขนส่ง อาจมี โมทีฟเหล่านี้หนึ่งหรือสอง โมทีฟ ซึ่งจะจับกับไซต์การจับหลักและ/หรือไซต์การจับรองบนอิมพอร์ทิน-α ^{[ 11 ]}

เมื่อโปรตีนเป้าหมายถูกจับแล้ว อิมพอร์ทิน-β จะทำปฏิกิริยากับNPCและคอมเพล็กซ์จะแพร่กระจายจากไซโตพลาส ซึมเข้าสู่ นิวเคลียสอัตราการแพร่กระจายขึ้นอยู่กับทั้งความเข้มข้นของอิมพอร์ทิน-α ที่มีอยู่ในไซโตพลาสซึมและความสัมพันธ์ในการจับกันของอิมพอร์ทิน-α กับโปรตีนเป้าหมาย เมื่ออยู่ภายในนิวเคลียสแล้ว คอมเพล็กซ์จะทำปฏิกิริยากับGTPase ในกลุ่ม RasคือRan-GTPซึ่งนำไปสู่การแยกตัวของคอมเพล็กซ์โดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของอิมพอร์ทิน-β อิมพอร์ทิน-β จะยังคงจับอยู่กับRan - GTPพร้อมที่จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่^{[ 11 ]}

เมื่อคอมเพล็กซ์อิมพอร์ทิน-α/คาร์โกหลุดพ้นจากอิมพอร์ทิน-β แล้ว โปรตีนคาร์โกจึงสามารถถูกปล่อยเข้าไปในนิวเคลียสได้โดเมนการจับอิมพอร์ทิน-β ที่ปลาย N (IBB) ของอิมพอร์ทิน-α มีบริเวณควบคุมตนเองที่เลียนแบบโมที ฟNLS ^{[ 7 ]}การปล่อยอิมพอร์ทิน-β จะทำให้บริเวณนี้เป็นอิสระและสามารถวนกลับมาแข่งขันเพื่อจับกับโปรตีนคาร์โกที่ไซต์การจับ NLS หลักได้ การแข่งขันนี้จะนำไปสู่การปล่อยโปรตีนในบางกรณี ปัจจัยการปล่อยเฉพาะ เช่นNup2และNup50สามารถนำมาใช้เพื่อช่วยปล่อยคาร์โกได้เช่นกัน^{[ 11 ]}

สุดท้าย เพื่อที่จะกลับไปยังไซโตพลาสซึม อิมพอร์ทิน-α จะต้องเชื่อมโยงกับ คอมเพล็กซ์ Ran-GTP / CAS (ปัจจัยการส่งออกนิวเคลียส) ซึ่งอำนวยความสะดวกในการออกจากนิวเคลียสCAS (โปรตีนที่ไวต่อการตายของเซลล์)เป็นส่วนหนึ่งของซูเปอร์แฟมิลีอิมพอร์ทิน-β ของคาริโอเฟอรินและถูกกำหนดให้เป็นปัจจัยการส่งออกนิวเคลียส อิมพอร์ทิน-β กลับไปยังไซโตพลาสซึมโดยยังคงจับกับRan - GTPอยู่ เมื่ออยู่ในไซโตพลาสซึมRan - GTPจะถูกไฮโดรไลซ์โดยRan GAPก่อให้เกิดRan - GDPและปล่อยอิมพอร์ทินทั้งสองตัวเพื่อการทำงานต่อไป การไฮโดรไลซ์GTP นี้เอง ที่ให้พลังงานสำหรับวัฏจักรทั้งหมด ในนิวเคลียส GEF จะชาร์จRanด้วย โมเลกุล GTPซึ่งจะถูกไฮโดรไลซ์โดยGAPในไซโตพลาส ซึม ดังที่ กล่าวไว้ข้างต้น กิจกรรมของRan นี้เอง ที่ทำให้สามารถขนส่งโปรตีนไป ในทิศทางเดียวได้ ^{[ 11 ]}

Importin β1 ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณย้อนกลับที่เกิดจากการบาดเจ็บของแอกซอน หลังจากการบาดเจ็บ mRNA ของ importin β1 จะถูกแปลในบริเวณแอกซอนและมีส่วนร่วมในการสร้างคอมเพล็กซ์การส่งสัญญาณที่ถูกขนส่งไปยังตัวเซลล์^{[ 12 ]}องค์ประกอบการกำหนดตำแหน่งที่อยู่ในบริเวณที่ไม่ถูกแปล (3′UTR) ของทรานสคริปต์ importin β1 มีความจำเป็นสำหรับการกำหนดตำแหน่งของ mRNA ในแอกซอนและการแปลโปรตีนในบริเวณนั้น การลบ importin β1 ในระดับเซลล์ย่อยในแอกซอนจะลดการส่งสัญญาณย้อนกลับไปยังตัวเซลล์และส่งผลต่อการฟื้นตัวของการทำงานหลังจากการบาดเจ็บของเส้นประสาทส่วนปลาย^{[ 13 ]}การลบบริเวณ 3′UTR ของ importin β1 ในระดับเซลล์ย่อยยังนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการทำงานของสมอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งความจำ เนื่องจากศักยภาพระยะยาวก่อนซินแนปส์บกพร่องและการสังเคราะห์โปรตีนในบริเวณปลายเส้นใยมอสซีของฮิปโปแคมปัสลดลง ผลการค้นพบเหล่านี้ชี้ให้เห็นถึงบทบาทเพิ่มเติมของอิมพอร์ทิน β1 ในการจัดระเบียบสถาปัตยกรรมก่อนซินแนปส์และการบำรุงรักษาวงจรประสาทในระบบประสาทส่วนกลาง^{[ 14 ]}

มีภาวะโรคและความผิดปกติหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์หรือการเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของอิมพอร์ทิน-α และอิมพอร์ทิน-β

อิมพอร์ทินเป็นโปรตีน ควบคุมที่สำคัญ ในระหว่างกระบวนการสร้างเซลล์สืบพันธุ์และการสร้างตัวอ่อนส่งผลให้มีการแสดงให้เห็นว่าการหยุดชะงักของรูปแบบการแสดงออกของอิมพอร์ทิน-α ทำให้เกิดความบกพร่องในการสืบพันธุ์ในDrosophila melanogaster ^{[ 15 ]}

นอกจากนี้ ยังมีการศึกษาที่เชื่อมโยงอิมพอร์ทิน-α ที่เปลี่ยนแปลงไปกับมะเร็ง บางชนิด การศึกษาเกี่ยวกับมะเร็งเต้านมได้ชี้ให้เห็นถึงอิม พอร์ทิน-α รูปแบบ ที่ถูกตัดทอนซึ่งขาดโดเมนการจับNLS ^{[ 16 ]}ยิ่งไปกว่านั้น ยังพบว่าอิมพอร์ทิน-α ทำหน้าที่ขนส่งยีนยับยั้งเนื้องอกBRCA1 (โปรตีนที่ไวต่อมะเร็งเต้านมชนิดที่ 1)เข้าสู่นิวเคลียสการแสดงออกมากเกินไปของอิมพอร์ทิน-α ยังเชื่อมโยงกับอัตราการรอดชีวิตที่ต่ำในผู้ป่วยมะเร็งผิวหนัง บางชนิดอีกด้วย ^{[ 17 ]}

กิจกรรมของอิมพอร์ทินยังเกี่ยวข้องกับพยาธิสภาพของไวรัส บางชนิด ด้วย ตัวอย่างเช่น ในเส้นทางการติดเชื้อของไวรัสอีโบลาขั้นตอนสำคัญคือการยับยั้งการนำเข้าPY-STAT1 เข้าสู่นิวเคลียส ซึ่งทำได้โดยไวรัสกักเก็บอิมพอร์ทิน-α ไว้ในไซโตพลาส ซึม หมายความว่ามันไม่สามารถจับกับโปรตีนเป้าหมายที่ NLS ได้อีกต่อไป^{[ 18 ]}ส่งผลให้อิมพอร์ทินไม่สามารถทำงานได้ และโปรตีนเป้าหมายจึงยังคงอยู่ในไซโตพลาส ซึม

โปรตีนขนส่งหลายชนิดสามารถถูกลำเลียงเข้าสู่นิวเคลียสได้โดยอิมพอร์ทิน บ่อยครั้งที่โปรตีนแต่ละชนิดจะต้องการการรวมกันของ α และ β ที่แตกต่างกันเพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายได้ ตัวอย่างของโปรตีนขนส่งชนิดต่างๆ มีดังต่อไปนี้

แม้ว่าคำว่า importin-α และ importin-β จะถูกใช้เพื่ออธิบายโปรตีน importin โดยรวม แต่ในความเป็นจริงแล้ว พวกมันเป็นตัวแทนของกลุ่มโปรตีนขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างและหน้าที่คล้ายคลึงกัน ยีนต่างๆ ที่แตกต่างกันได้รับการระบุสำหรับทั้ง α และ β โดยบางส่วนแสดงไว้ด้านล่าง โปรดทราบว่าบ่อยครั้งที่คำว่าkaryopherinและ importin ถูกใช้สลับกันได้

• นำเข้า : IPO4 , IPO5 , IPO7 , IPO8 , IPO9 , IPO11 , IPO13
• แคริโอเฟอริน-α : KPNA1 , KPNA2 , KPNA3 , KPNA4 , KPNA5 , KPNA6
• คาริโอเฟอริน-เบตา : เคพีเอ็นบี1

• Importinsที่ห้องสมุดการแพทย์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (US National Library of Medicine ) หัวข้อเรื่องทางการแพทย์ (Medical Subject Headingsหรือ MeSH)
• โมเลกุลประจำเดือนของPDB Importins