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Importación

La importina es un tipo de carioferina [ 1 ] involucrada en el transporte nuclear de moléculas de proteínas desde el citoplasma celular hasta el núcleo . Lo hace uniéndose a sec...

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La importina es un tipo de carioferina [ 1 ] involucrada en el transporte nuclear de moléculas de proteínas desde el citoplasma celular hasta el núcleo . Lo hace uniéndose a secuencias de reconocimiento específicas , llamadas secuencias de localización nuclear (SLN).

La importina tiene dos subunidades, importina α e importina β. Los miembros de la familia importina-β pueden unirse y transportar carga por sí mismos, o pueden formar heterodímeros con importina-α. Como parte de un heterodímero , importina-β media las interacciones con el complejo del poro , mientras que importina-α actúa como una proteína adaptadora para unirse a la señal de localización nuclear (NLS) en la carga. El trímero NLS-Importina α-Importina β se disocia después de unirse a Ran GTP dentro del núcleo , [ 2 ] y las dos proteínas importina se reciclan al citoplasma para su posterior uso.

Descubrimiento

La importina puede existir como un heterodímero de importina-α/β o como un monómero de importina-β. La importina-α fue aislada por primera vez en 1994 por un grupo que incluía a Enno Hartmann , con sede en el Centro Max Delbrück de Medicina Molecular . [ 1 ] El proceso de importación de proteínas nucleares ya se había caracterizado en revisiones anteriores, [ 3 ] pero las proteínas clave involucradas no se habían dilucidado hasta ese momento. Una proteína citosólica  de 60 kDa , esencial para la importación de proteínas al núcleo, y con una identidad de secuencia del 44 % con SRP1p , fue purificada de ovocitos de Xenopus . Fue clonada, secuenciada y expresada en E. coli y, para reconstituir completamente el transporte dependiente de señales, tuvo que combinarse con Ran (TC4). También se encontraron otros factores estimuladores clave en el estudio. [ 1 ]

La importina-β, a diferencia de la importina-α, no tiene homólogos directos en levaduras, pero se purificó como una  proteína de 90-95 kDa y se encontró que forma un heterodímero con la importina-α en varios casos diferentes. Estos incluyeron un estudio dirigido por Michael Rexach [ 4 ] y estudios posteriores de Dirk Görlich . [ 5 ] Estos grupos encontraron que la importina-α requiere otra proteína, la importina-β, para funcionar, y que juntas forman un receptor para señales de localización nuclear (NLS) , lo que permite el transporte al núcleo . Desde estos descubrimientos iniciales en 1994 y 1995, se han encontrado muchos genes de importina, como IPO4 e IPO7 , que facilitan la importación de proteínas de carga ligeramente diferentes, debido a su diferente estructura y localización.

Estructura

Importina-α

Una gran proporción de la proteína adaptadora importina-α está compuesta por varias repeticiones de armadillo (ARM) dispuestas en tándem . Estas repeticiones pueden apilarse para formar una estructura curva, lo que facilita la unión a la NLS de proteínas de carga específicas. El principal sitio de unión a la NLS se encuentra hacia el extremo N-terminal , mientras que un sitio secundario se encuentra en el extremo C-terminal . Además de las estructuras ARM , la importina-α también contiene una región N-terminal de 90 aminoácidos , responsable de la unión a la importina-β, conocida como dominio de unión a la importina-β (IBB). [ 6 ] Este también es un sitio de autoinhibición, [ 7 ] y está implicado en la liberación de la carga una vez que la importina-α llega al núcleo . [ 8 ]

Importina-β

La importina-β es la estructura típica de una superfamilia más amplia de carioferinas . La base de su estructura son 18-20 repeticiones en tándem del motivo HEAT . Cada una de estas repeticiones contiene dos hélices alfa antiparalelas unidas por un giro , que se apilan para formar la estructura general de la proteína . [ 9 ]

Para transportar carga al núcleo , la importina-β debe asociarse con los complejos del poro nuclear . Lo hace formando enlaces débiles y transitorios con las nucleoporinas en sus diversos motivos F G (Phe-Gly). El análisis cristalográfico ha demostrado que estos motivos se unen a la importina-β en cavidades hidrofóbicas poco profundas presentes en su superficie. [ 10 ]

Ciclo de importación de proteínas nucleares

La función principal de la importina es mediar la translocación de proteínas con señales de localización nuclear hacia el núcleo , a través de los complejos de poros nucleares (NPC) , en un proceso conocido como ciclo de importación de proteínas nucleares.

unión de carga

El primer paso de este ciclo es la unión de la carga. La importina puede realizar esta función como una proteína monomérica importina-β , pero generalmente requiere la presencia de importina-α, que actúa como un adaptador para las proteínas de carga (a través de interacciones con la NLS ). La NLS es una secuencia de aminoácidos básicos que marca la proteína como carga destinada al núcleo . Una proteína de carga puede contener uno o dos de estos motivos , que se unirán a los sitios de unión principales y/o secundarios en la importina-α. [ 11 ]

Descripción general del ciclo de importación de proteínas nucleares.

Transporte de carga

Una vez que la proteína de carga se une, la importina-β interactúa con el complejo del poro nuclear (NPC) , y el complejo se difunde desde el citoplasma hacia el núcleo . La velocidad de difusión depende tanto de la concentración de importina-α presente en el citoplasma como de la afinidad de unión de la importina-α a la proteína de carga. Una vez dentro del núcleo , el complejo interactúa con la GTPasa de la familia Ras , Ran-GTP . Esto provoca la disociación del complejo al alterar la conformación de la importina-β. La importina-β queda unida a Ran - GTP , lista para ser reciclada. [ 11 ]

Liberación de carga

Ahora que el complejo importina-α/carga está libre de importina-β, la proteína de carga puede liberarse en el núcleo . El dominio de unión a importina-β (IBB) N-terminal de la importina-α contiene una región autorreguladora que imita el motivo NLS . [ 7 ] La ​​liberación de la importina-β libera esta región y le permite retroceder y competir por la unión con la proteína de carga en el sitio principal de unión a NLS . Esta competencia conduce a la liberación de la proteína . En algunos casos, se pueden emplear factores de liberación específicos como Nup2 y Nup50 para ayudar también a liberar la carga. [ 11 ]

Reciclaje

Finalmente, para regresar al citoplasma , la importina-α debe asociarse con un complejo Ran-GTP / CAS (factor de exportación nuclear) que facilita su salida del núcleo . CAS (proteína de susceptibilidad a la apoptosis celular) forma parte de la superfamilia de carioferinas importina-β y se define como un factor de exportación nuclear. La importina-β regresa al citoplasma , aún unida a Ran - GTP . Una vez en el citoplasma , Ran - GTP es hidrolizado por Ran- GAP , formando Ran - GDP y liberando las dos importinas para su posterior actividad. Es esta hidrólisis de GTP la que proporciona la energía para el ciclo en su conjunto. En el núcleo , un GEF cargará a Ran con una molécula de GTP , que luego es hidrolizada por un GAP en el citoplasma , como se indicó anteriormente. Es esta actividad de Ran la que permite el transporte unidireccional de proteínas . [ 11 ]

Funciones neuronales

La importina β1 también participa en la señalización retrógrada inducida por la lesión axonal. Tras la lesión, el ARNm de la importina β1 se traduce localmente en los axones y participa en la formación de complejos de señalización que se transportan al cuerpo celular. [ 12 ] Un elemento de localización ubicado en la región no traducida (3′UTR) del transcrito de la importina β1 es necesario para la localización axonal de su ARNm y para la traducción local de la proteína. La deleción subcelular de la importina β1 en los axones reduce la señalización retrógrada al cuerpo celular y afecta la recuperación funcional después de una lesión del nervio periférico. [ 13 ] La deleción subcelular de la región 3′UTR de la importina β1 también conduce a alteraciones en la función cerebral, particularmente en la memoria, debido a la potenciación a largo plazo presináptica deteriorada y la disminución de la síntesis local de proteínas en las terminales de las fibras musgosas del hipocampo. Estos hallazgos sugieren un papel adicional para la importina β1 en la organización de la arquitectura presináptica y el mantenimiento de los circuitos neuronales en el sistema nervioso central. [ 14 ]

Enfermedad

Existen diversas enfermedades y patologías asociadas a mutaciones o cambios en la expresión de importina-α e importina-β.

Las importinas son proteínas reguladoras vitales durante los procesos de gametogénesis y embriogénesis . Como resultado, se ha demostrado que una alteración en los patrones de expresión de importina-α causa defectos de fertilidad en Drosophila melanogaster . [ 15 ]

También se han realizado estudios que vinculan la importina-α alterada con algunos casos de cáncer . Estudios sobre cáncer de mama han implicado una forma truncada de importina-α en la que falta el dominio de unión NLS . [ 16 ] Además, se ha demostrado que la importina-α transporta el gen supresor de tumores BRCA1 (proteína de susceptibilidad al cáncer de mama tipo 1) al núcleo . La sobreexpresión de importina-α también se ha relacionado con las bajas tasas de supervivencia observadas en ciertos pacientes con melanoma . [ 17 ]

La actividad de la importina también se asocia con algunas patologías virales . Por ejemplo, en la vía de infección del virus del Ébola , un paso clave es la inhibición de la importación nuclear de PY-STAT1 . Esto se logra mediante el secuestro de la importina-α por parte del virus en el citoplasma , lo que significa que ya no puede unirse a su carga en la NLS . [ 18 ] Como resultado, la importina no puede funcionar y la proteína de carga permanece en el citoplasma.

Tipos de carga

La importina puede transportar diversas proteínas de carga al núcleo . A menudo, diferentes proteínas requieren distintas combinaciones de subunidades α y β para su translocación. A continuación se enumeran algunos ejemplos de cargas diferentes.

genes de importina humanos

Aunque importina-α e importina-β se utilizan para describir la importina en su conjunto, en realidad representan familias más amplias de proteínas que comparten una estructura y función similares. Se han identificado diversos genes para α y β, algunos de los cuales se enumeran a continuación. Cabe destacar que, a menudo, los términos carioferina e importina se utilizan indistintamente.

Referencias

  1. 1 2 3 Görlich D, Prehn S, Laskey RA, Hartmann E (diciembre de 1994). "Aislamiento de una proteína esencial para el primer paso de la importación de proteínas nucleares". Cell . 79 ( 5): 767– 78. doi : 10.1016/0092-8674(94)90067-1 . PMID 8001116. S2CID 7539929 .  
  2. ↑ Mattaj IW, Englmeier L (1998). "Transporte nucleocitoplasmático: la fase soluble" . Annual Review of Biochemistry . 67 : 265–306 . doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.265 . PMID 9759490 . 
  3. ↑ Garcia-Bustos J, Heitman J, Hall MN (marzo de 1991). "Localización de proteínas nucleares". Biochim. Biophys. Acta . 1071 (1): 83– 101. doi : 10.1016/0304-4157(91)90013-m . PMID 2004116 . 
  4. ↑ Enenkel C, Blobel G, Rexach M (julio de 1995). "Identificación de un heterodímero de carioferina de levadura que dirige el sustrato de importación a los complejos del poro nuclear de mamíferos" . J. Biol. Chem . 270 (28): 16499– 502. doi : 10.1074/jbc.270.28.16499 . PMID 7622450 . 
  5. ↑ Görlich D, Kostka S, Kraft R, Dingwall C, Laskey RA, Hartmann E, Prehn S (abril de 1995). "Dos subunidades diferentes de importina cooperan para reconocer señales de localización nuclear y unirlas a la envoltura nuclear". Current Biology . 5 (4): 383– 92. Bibcode : 1995CBio....5..383G . doi : 10.1016/s0960-9822(95)00079-0 . hdl : 11858/00-001M-0000-002D-1CBD-2 . PMID 7627554 . S2CID 6055941 .  
  6. ↑ Lott K, Cingolani G (septiembre de 2011). "El dominio de unión de importina β como regulador maestro del transporte nucleocitoplasmático" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1813 (9): 1578– 92. doi : 10.1016/j.bbamcr.2010.10.012 . PMC 3037977. PMID 21029753 .  
  7. 1 2 Pufall MA, Graves BJ (2002). "Dominios autoinhibitorios: efectores modulares de la regulación celular". Annual Review of Cell and Developmental Biology . 18 : 421–62 . doi : 10.1146/annurev.cellbio.18.031502.133614 . PMID 12142282 . 
  8. ↑ Conti E, Uy M, Leighton L, Blobel G, Kuriyan J (julio de 1998). "Análisis cristalográfico del reconocimiento de una señal de localización nuclear por el factor de importación nuclear carioferina alfa" . Cell . 94 ( 2): 193–204 . doi : 10.1016/s0092-8674(00)81419-1 . PMID 9695948. S2CID 16230174 .  
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