ลำดับการกำหนดตำแหน่งในนิวเคลียส

ลำดับการระบุตำแหน่งนิวเคลียสหรือสัญญาณ ( NLS ) คือลำดับ กรดอะมิโน ที่เป็นลวดลาย ซึ่ง 'ติดแท็ก' โปรตีนเพื่อนำเข้าสู่นิวเคลียสของเซลล์โดยการขนส่งนิวเคลียส [ ¹^]^โดย ทั่วไป สัญญาณนี้ประกอบด้วยลำดับสั้นๆ ของ ไลซีนหรืออาร์จินีนที่มีประจุบวกอย่างน้อยหนึ่งลำดับที่แสดงอยู่บนพื้นผิวของโปรตีน^[¹^]โปรตีนที่ระบุตำแหน่งในนิวเคลียสต่างกันอาจมี NLS เดียวกัน^[¹^] NLS มีหน้าที่ตรงกันข้ามกับสัญญาณส่งออกนิวเคลียส (NES) ซึ่งกำหนดเป้าหมายโปรตีนออกจากนิวเคลียส

ประเภท

คลาสสิก

NLS ประเภทเหล่านี้สามารถจำแนกเพิ่มเติมได้เป็นแบบโมโนพาร์ไทต์หรือแบบไบพาร์ไทต์ ความแตกต่างทางโครงสร้างหลักระหว่างทั้งสองคือ กลุ่มกรดอะมิโนพื้นฐานสองกลุ่มใน NLS แบบไบพาร์ไทต์จะถูกคั่นด้วยลำดับสเปเซอร์ที่ค่อนข้างสั้น (จึงเรียกว่าไบพาร์ไทต์ - 2 ส่วน) ในขณะที่ NLS แบบโมโนพาร์ไทต์ไม่มี NLS ตัวแรกที่ถูกค้นพบคือลำดับ PKKKRKV ในแอนติเจน T ขนาดใหญ่ของ SV40 (NLS แบบโมโนพาร์ไทต์) ^{[ 2 ]} NLS ของนิวคลีโอพลาสมิน KR[PAATKKAGQA]KKKK เป็นต้นแบบของสัญญาณไบพาร์ไทต์ที่พบได้ทั่วไป: กลุ่มกรดอะมิโนพื้นฐานสองกลุ่ม คั่นด้วยสเปเซอร์ประมาณ 10 กรดอะมิโน^{[ 3 ]}สัญญาณทั้งสองได้รับการจดจำโดยอิมพอร์ทิน αอิมพอร์ทิน α มี NLS แบบไบพาร์ไทต์เอง ซึ่งได้รับการจดจำโดยเฉพาะโดยอิมพอร์ทิน βซึ่งสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นตัวกลางในการนำเข้าที่แท้จริง

Chelsky และคณะได้เสนอลำดับคอนเซนซัส KK/RXK/R สำหรับ NLS แบบโมโนพาร์ไทต์^{[ 3 ]}ดังนั้น ลำดับ Chelsky อาจเป็นส่วนหนึ่งของคลัสเตอร์เบสิกปลายน้ำของ NLS แบบไบพาร์ไทต์ Makkah และคณะได้ทำการกลายพันธุ์เปรียบเทียบสัญญาณการแปลตำแหน่งนิวเคลียร์ของ SV40 T-Antigen (โมโนพาร์ไทต์), C-myc (โมโนพาร์ไทต์) และนิวคลีโอพลาสมิน (ไบพาร์ไทต์) และแสดงให้เห็นลักษณะกรดอะมิโนที่เหมือนกันในทั้งสามชนิด บทบาทของกรดอะมิโนที่เป็นกลางและกรดได้รับการแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่ามีส่วนช่วยในประสิทธิภาพของ NLS ^{[ 4 ]}

Rotello และคณะได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพการกำหนดตำแหน่งนิวเคลียสของ NLS ที่หลอมรวมกับ eGFP ของ SV40 Large T-Antigen, นิวคลีโอพลาสมิน (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) และโปรตีน TUS (KLKIKRPVK) ผ่านการส่งโปรตีนเข้าสู่เซลล์อย่างรวดเร็ว พวกเขาพบว่าประสิทธิภาพการกำหนดตำแหน่งนิวเคลียสของ c-Myc NLS สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ SV40 NLS ^{[ 5 ]}

ไม่ใช่แบบคลาสสิก

NLS ประเภทอื่นๆ ยังมีอีกมากมาย เช่น โดเมน M9 ที่เป็นกรดของ hnRNP A1 ลำดับ KIPIK ในตัวยับยั้งการถอดรหัส Matα2 ของยีสต์ และสัญญาณที่ซับซ้อนของ U snRNPs NLS ส่วนใหญ่เหล่านี้ดูเหมือนจะได้รับการจดจำโดยตรงโดยตัวรับเฉพาะของตระกูลอิมพอร์ทิน β โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงของโปรตีนที่คล้ายอิมพอร์ทิน α ^{[ 6 ]}

สัญญาณที่ดูเหมือนจะมีความเฉพาะเจาะจงสำหรับโปรตีนไรโบโซมที่ผลิตและขนส่งจำนวนมาก^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}ดูเหมือนจะมาพร้อมกับชุดตัวรับการนำเข้านิวเคลียร์ที่คล้ายกับอิมพอร์ทิน β ที่มีความเฉพาะเจาะจง^{[ 9 ]}

เมื่อเร็วๆ นี้ มีการเสนอ NLS ประเภทหนึ่งที่เรียกว่า PY-NLS ซึ่งเดิมทีเสนอโดย Lee et al. ^{[ 10 ]}โมทีฟ PY-NLS นี้ ซึ่งตั้งชื่อตาม การจับคู่กรดอะมิโน โพรลี น - ไทโรซีนช่วยให้โปรตีนสามารถจับกับImportin β2 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ transportin หรือ karyopherin β2) ซึ่งจะนำโปรตีนเป้าหมายเข้าสู่นิวเคลียส โครงสร้างพื้นฐานสำหรับการจับของ PY-NLS ที่มีอยู่ใน Importin β2 ได้รับการกำหนดแล้ว และมีการออกแบบตัวยับยั้งการนำเข้า^{[ 11 ]}

การค้นพบ

การมีเยื่อหุ้มนิวเคลียสที่กักเก็บดีเอ็นเอ ภายในเซลล์ เป็นลักษณะเด่นของเซลล์ยูคาริโอติกดังนั้น เยื่อหุ้มนิวเคลียสจึงแยกกระบวนการภายในนิวเคลียส เช่น การจำลองดีเอ็นเอและ การถอดรหัส อาร์เอ็นเอออกจากกระบวนการภายในไซโตพลาสซึม เช่น การผลิตโปรตีน โปรตีนที่จำเป็นในนิวเคลียสจะต้องถูกส่งไปยังที่นั่นด้วยกลไกบางอย่าง การทดลองโดยตรงครั้งแรกที่ตรวจสอบความสามารถของโปรตีนในนิวเคลียสในการสะสมในนิวเคลียส ดำเนินการโดยจอห์น เกอร์ดอน เมื่อเขาแสดงให้เห็นว่าโปรตีนในนิวเคลียสที่บริสุทธิ์สะสมอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ไข่กบ ( Xenopus ) หลังจากถูกฉีดเข้าไปในไซโตพลาส ซึม การทดลองเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของชุดการทดลองที่นำไปสู่การศึกษาเกี่ยวกับการปรับเปลี่ยนโปรแกรมของนิวเคลียส ซึ่งมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิด

การพบกลุ่มรูพรุนหลายล้านกลุ่มใน เยื่อหุ้มนิวเคลียสของ เซลล์ไข่และข้อเท็จจริงที่ว่ากลุ่มรูพรุนเหล่านั้นดูเหมือนจะยอมให้โมเลกุลต่างๆ ผ่านได้มากมาย (อินซูลิน อัลบูมินจากซีรั่มวัวอนุภาค นาโนทองคำ ) นำไปสู่มุมมองที่ว่ารูพรุนเหล่านั้นเป็นช่องเปิด และโปรตีนในนิวเคลียสสามารถเข้าสู่นิวเคลียสได้อย่างอิสระผ่านรูพรุน และจะต้องสะสมตัวโดยการจับกับดีเอ็นเอหรือส่วนประกอบอื่นๆ ในนิวเคลียส กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เชื่อกันว่าไม่มีกลไกการขนส่งที่เฉพาะเจาะจง

มุมมองนี้ได้รับการพิสูจน์ว่าไม่ถูกต้องโดย Dingwall และ Laskey ในปี 1982 โดยใช้โปรตีนที่เรียกว่านิวคลีโอพลาสมิน ซึ่งเป็น ' โมเลกุลชาเปอโรน ' ต้นแบบ พวกเขาระบุโดเมนในโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นสัญญาณสำหรับการเข้าสู่นิวเคลียส^{[ 12 ]}งานนี้กระตุ้นการวิจัยในด้านนี้ และสองปีต่อมา NLS ตัวแรกก็ถูกระบุในSV40 Large T-antigen (หรือ SV40 สั้นๆ) อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถระบุ NLS ที่ใช้งานได้ในโปรตีนนิวเคลียร์อื่นโดยอาศัยความคล้ายคลึงกับ NLS ของ SV40 เพียงอย่างเดียว อันที่จริง มีเพียงเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของโปรตีนนิวเคลียร์ของเซลล์ (ที่ไม่ใช่ไวรัส) เท่านั้นที่มีลำดับที่คล้ายกับ NLS ของ SV40 การตรวจสอบนิวคลีโอพลาสมินอย่างละเอียดระบุลำดับที่มีองค์ประกอบสองส่วนที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนพื้นฐานคั่นด้วยแขนสเปเซอร์ องค์ประกอบหนึ่งในนั้นคล้ายกับ NLS ของ SV40 แต่ไม่สามารถนำโปรตีนไปยังนิวเคลียสของเซลล์ได้เมื่อติดอยู่กับโปรตีนรายงานที่ไม่ใช่นิวเคลียร์ จำเป็นต้องมีทั้งสององค์ประกอบ^{[ 13 ]} NLS ชนิดนี้ได้รับการขนานนามว่าเป็น NLS แบบคลาสสิกสองส่วน ปัจจุบัน NLS สองส่วนนี้ถือเป็น NLS ประเภทหลักที่พบในโปรตีนนิวเคลียร์ของเซลล์^{[ 14 ]}และการวิเคราะห์โครงสร้างได้เผยให้เห็นว่าสัญญาณนี้ถูกรับรู้โดยโปรตีนตัวรับ ( อิมพอร์ทิน α ) ได้อย่างไร ^{[ 15 ]} (พื้นฐานโครงสร้างของ NLS แบบโมโนพาร์ไทต์บางชนิดก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน^{[ 16 ]} ) ปัจจุบันเรารู้รายละเอียดทางโมเลกุลของการนำเข้าโปรตีนนิวเคลียร์จำนวนมากแล้ว ซึ่งเป็นไปได้ด้วยการแสดงให้เห็นว่าการนำเข้าโปรตีนนิวเคลียร์เป็นกระบวนการสองขั้นตอน โปรตีนนิวเคลียร์จะจับกับคอมเพล็กซ์รูพรุนนิวเคลียร์ในกระบวนการที่ไม่ต้องใช้พลังงาน ตามด้วยการเคลื่อนย้ายโปรตีนนิวเคลียร์ผ่านช่องของคอมเพล็กซ์รูพรุนซึ่งต้องใช้พลังงาน^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}โดยการพิสูจน์ว่ามีสองขั้นตอนที่แตกต่างกันในกระบวนการนี้ ทำให้สามารถระบุปัจจัยที่เกี่ยวข้องได้ และนำไปสู่การระบุตระกูลอิมพอร์ทินของตัวรับ NLS และGTPase Ran

กลไกการนำเข้าสู่นิวเคลียส

โปรตีนเข้าสู่ภายในนิวเคลียสผ่านทางเยื่อหุ้มนิวเคลียสเยื่อหุ้มนิวเคลียสประกอบด้วยเยื่อหุ้มสองชั้นซ้อนกัน คือ เยื่อหุ้มชั้นนอกและเยื่อหุ้มชั้นใน เยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอกเชื่อมต่อกันหลายจุด ก่อให้เกิดช่องทางระหว่างไซโตพลาซึมและนิวเคลียส ช่องทางเหล่านี้มีคอมเพล็กซ์รูพรุนนิวเคลียส (NPCs) ซึ่งเป็นโครงสร้างโปรตีนหลายชนิดที่ซับซ้อน ทำหน้าที่ในการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มนิวเคลียส

โปรตีนที่ถูกแปลรหัสโดยมี NLS จะจับกับอิมพอร์ทิน (หรือที่เรียกว่าคาริโอเฟอริน ) อย่างแน่นหนา และเมื่อรวมกันแล้ว คอมเพล็กซ์นี้จะเคลื่อนที่ผ่านรูพรุนนิวเคลียส ในขั้นตอนนี้Ran-GTPจะจับกับคอมเพล็กซ์อิมพอร์ทิน-โปรตีน และการจับกันนี้จะทำให้อิมพอร์ทินสูญเสียความสามารถในการจับกับโปรตีน โปรตีนจะถูกปล่อยออกมา และตอนนี้คอมเพล็กซ์ Ran-GTP/อิมพอร์ทินจะเคลื่อนที่กลับออกจากนิวเคลียสผ่านรูพรุนนิวเคลียสโปรตีนกระตุ้น GTPase (GAP) ในไซโตพลาสม์จะไฮโดรไลซ์ Ran-GTP ให้เป็น GDP และสิ่งนี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ Ran ซึ่งในที่สุดจะลดความสามารถในการจับกับอิมพอร์ทิน อิมพอร์ทินจะถูกปล่อยออกมา และ Ran-GDP จะถูกนำกลับไปยังนิวเคลียส ซึ่งปัจจัยแลกเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์กัวนีน (GEF) จะแลกเปลี่ยน GDP กลับเป็น GTP

ดูเพิ่มเติม

สัญญาณส่งออกนิวเคลียส (NES) สามารถสั่งการให้โปรตีนถูกส่งออกจากนิวเคลียสได้

อ่านเพิ่มเติม

Görlich D (มิถุนายน 1997). "การนำเข้าโปรตีนนิวเคลียร์". Current Opinion in Cell Biology . 9 (3): 412– 9. doi : 10.1016/S0955-0674(97)80015-4 . hdl : 11858/00-001M-0000-002D-1CC5-E . PMID 9159081 .
Lusk CP, Blobel G, King MC (พฤษภาคม 2550). "ทางหลวงสู่เยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นใน: กฎสำหรับถนน" Nature Reviews Molecular Cell Biology . 8 (5): 414– 20. doi : 10.1038/nrm2165 . PMID 17440484 . S2CID 21070484 .

ลิงก์ภายนอก

แหล่งข้อมูลโมทีฟเชิงเส้นของยูคาริโอต คลาสโมทีฟTRG_NLS_Bipartite_1
แหล่งข้อมูลลวดลายเชิงเส้นของยูคาริโอตคลาสลวดลายTRG_NLS_MonoCore_2
แหล่งข้อมูลโมทีฟเชิงเส้นของยูคาริโอต คลาสโมทีฟTRG_NLS_MonoExtC_3
แหล่งข้อมูลโมทีฟเชิงเส้นของยูคาริโอต คลาสโมทีฟTRG_NLS_MonoExtC_4

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

ไม่มีชื่อบทความ