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secuencia de localización nuclear

Una secuencia de localización nuclear , o señal ( NLS ), es un motivo de secuencia de aminoácidos que "marca" una proteína para su importación al núcleo celular mediante transpo...

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Una secuencia de localización nuclear , o señal ( NLS ), es un motivo de secuencia de aminoácidos que "marca" una proteína para su importación al núcleo celular mediante transporte nuclear . [ 1 ] Típicamente, esta señal consiste en una o más secuencias cortas de lisinas o argininas con carga positiva expuestas en la superficie de la proteína. [ 1 ] Diferentes proteínas localizadas en el núcleo pueden compartir la misma NLS. [ 1 ] Una NLS tiene la función opuesta a la de una señal de exportación nuclear (NES), que dirige las proteínas fuera del núcleo.

Tipos

Clásico

Estos tipos de NLS se pueden clasificar además como monopartitos o bipartitos. Las principales diferencias estructurales entre ambos son que los dos grupos de aminoácidos básicos en los NLS bipartitos están separados por una secuencia espaciadora relativamente corta (de ahí el término bipartito - 2 partes), mientras que los NLS monopartitos no lo están. El primer NLS que se descubrió fue la secuencia PKKKRKV en el antígeno T grande del SV40 (un NLS monopartito). [ 2 ] El NLS de la nucleoplasmina , KR[PAATKKAGQA]KKKK, es el prototipo de la señal bipartita ubicua: dos grupos de aminoácidos básicos, separados por un espaciador de aproximadamente 10 aminoácidos. [ 3 ] Ambas señales son reconocidas por la importina α . La importina α contiene un NLS bipartito, que es reconocido específicamente por la importina β . Esta última puede considerarse el mediador de importación real.

Chelsky et al . propusieron la secuencia consenso KK/RXK/R para NLS monopartitas. [ 3 ] Por lo tanto, una secuencia de Chelsky puede ser parte del grupo básico corriente abajo de una NLS bipartita. Makkah et al . llevaron a cabo mutagénesis comparativa en las señales de localización nuclear del antígeno T del SV40 (monopartita), C-myc (monopartita) y nucleoplasmina (bipartita), y mostraron características de aminoácidos comunes a las tres. Se demostró por primera vez el papel de los aminoácidos neutros y ácidos en la contribución a la eficiencia de la NLS. [ 4 ]

Rotello et al . compararon las eficiencias de localización nuclear de las NLS fusionadas con eGFP del antígeno T grande del SV40, la nucleoplasmina (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) y la proteína TUS (KLKIKRPVK) mediante la administración intracelular rápida de proteínas. Encontraron una eficiencia de localización nuclear significativamente mayor para la NLS de c-Myc en comparación con la de la NLS del SV40. [ 5 ]

No clásico

Existen muchos otros tipos de NLS, como el dominio ácido M9 de hnRNP A1, la secuencia KIPIK en el represor de la transcripción Matα2 de levadura y las señales complejas de las snRNP U. La mayoría de estas NLS parecen ser reconocidas directamente por receptores específicos de la familia importina β sin la intervención de una proteína similar a la importina α. [ 6 ]

Una señal que parece ser específica para las proteínas ribosómicas producidas y transportadas masivamente, [ 7 ] [ 8 ] parece venir acompañada de un conjunto especializado de receptores de importación nuclear similares a la importina β. [ 9 ]

Recientemente, Lee et al. propusieron una clase de NLS conocidas como PY-NLS [ 10 ] . Este motivo PY-NLS, denominado así por el apareamiento de aminoácidos prolina - tirosina que contiene, permite que la proteína se una a la Importina β2 (también conocida como transportina o carioferina β2), la cual luego transloca la proteína de carga al núcleo. Se ha determinado la base estructural de la unión de la PY-NLS contenida en la Importina β2 y se ha diseñado un inhibidor de la importación [ 11 ] .

Descubrimiento

La presencia de la membrana nuclear, que aísla el ADN celular , es la característica definitoria de las células eucariotas . Por lo tanto, la membrana nuclear separa los procesos nucleares de replicación del ADN y transcripción del ARN del proceso citoplasmático de producción de proteínas. Las proteínas necesarias en el núcleo deben ser dirigidas allí mediante algún mecanismo. El primer estudio experimental directo sobre la capacidad de las proteínas nucleares para acumularse en el núcleo fue realizado por John Gurdon, quien demostró que las proteínas nucleares purificadas se acumulan en el núcleo de ovocitos de rana ( Xenopus ) tras ser microinyectadas en el citoplasma . Estos experimentos formaron parte de una serie que posteriormente condujo a estudios de reprogramación nuclear, directamente relevantes para la investigación con células madre.

La presencia de varios millones de complejos de poros en la membrana nuclear del ovocito y el hecho de que parecieran admitir diversas moléculas (insulina, albúmina sérica bovina, nanopartículas de oro ) llevaron a la conclusión de que los poros son canales abiertos a través de los cuales las proteínas nucleares entran libremente al núcleo y deben acumularse uniéndose al ADN o a algún otro componente nuclear. En otras palabras, se pensaba que no existía un mecanismo de transporte específico.

Esta visión fue refutada por Dingwall y Laskey en 1982. Utilizando una proteína llamada nucleoplasmina, la chaperona molecular arquetípica , identificaron un dominio en la proteína que actúa como señal para la entrada nuclear. [ 12 ] Este trabajo estimuló la investigación en el área, y dos años después se identificó la primera NLS en el antígeno T grande del SV40 (o SV40, para abreviar). Sin embargo, no se pudo identificar una NLS funcional en otra proteína nuclear simplemente basándose en la similitud con la NLS del SV40. De hecho, solo un pequeño porcentaje de proteínas nucleares celulares (no virales) contenía una secuencia similar a la NLS del SV40. Un examen detallado de la nucleoplasmina identificó una secuencia con dos elementos formados por aminoácidos básicos separados por un brazo espaciador. Uno de estos elementos era similar a la NLS del SV40, pero no era capaz de dirigir una proteína al núcleo celular cuando se unía a una proteína reportera no nuclear. Ambos elementos son necesarios. [ 13 ] Este tipo de NLS se ha conocido como NLS clásico bipartito. Ahora se sabe que el NLS bipartito representa la clase principal de NLS que se encuentra en las proteínas nucleares celulares [ 14 ] y el análisis estructural ha revelado cómo la señal es reconocida por una proteína receptora ( importina α ) [ 15 ] (también se conoce la base estructural de algunos NLS monopartitos [ 16 ] ). Muchos de los detalles moleculares de la importación de proteínas nucleares ahora se conocen. Esto fue posible gracias a la demostración de que la importación de proteínas nucleares es un proceso de dos pasos; la proteína nuclear se une al complejo del poro nuclear en un proceso que no requiere energía. Esto es seguido por una translocación dependiente de energía de la proteína nuclear a través del canal del complejo del poro. [ 17 ] [ 18 ] Al establecer la presencia de dos pasos distintos en el proceso, se estableció la posibilidad de identificar los factores involucrados y condujo a la identificación de la familia de receptores NLS de importina y la GTPasa Ran .

Mecanismo de importación nuclear

Las proteínas acceden al núcleo a través de la envoltura nuclear . Esta envoltura está formada por membranas concéntricas: la membrana externa y la interna. Ambas membranas se conectan en múltiples puntos, formando canales entre el citoplasma y el nucleoplasma. Estos canales están ocupados por complejos de poros nucleares (CPN), estructuras multiproteicas complejas que median el transporte a través de la membrana nuclear.

Una proteína traducida con una señal de localización nuclear (NLS) se unirá fuertemente a la importina (también conocida como carioferina ) y, juntos, el complejo se moverá a través del poro nuclear. En este punto, Ran-GTP se unirá al complejo proteína-importina, y esta unión hará que la importina pierda afinidad por la proteína. La proteína se libera y ahora el complejo Ran-GTP/importina saldrá del núcleo a través del poro nuclear. Una proteína activadora de GTPasa (GAP) en el citoplasma hidroliza el Ran-GTP a GDP, lo que provoca un cambio conformacional en Ran, reduciendo finalmente su afinidad por la importina. La importina se libera y el Ran-GDP se recicla de vuelta al núcleo, donde un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) intercambia su GDP por GTP.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 Mahato, Ram I.; Smith, Louis C.; Rolland, Alain (1999-01-01), Hall, Jeffrey C.; Dunlap, Jay C.; Friedmann, Theodore; Giannelli, Francesco (eds.), Perspectivas farmacéuticas de la terapia génica no viral , Avances en genética, vol.  41, Academic Press, págs. 95–156 , doi : 10.1016/s0065-2660(08)60152-2 , ISBN  9780120176410, PMID 10494618 , consultado el 17/12/2020 
  2. ↑ Kalderon D, Roberts BL, Richardson WD, Smith AE (1984). "Una secuencia corta de aminoácidos capaz de especificar la localización nuclear". Cell . 39 ( 3 Pt 2): 499– 509. doi : 10.1016/0092-8674(84)90457-4 . PMID 6096007. S2CID 42354737 .  
  3. 1 2 Dingwall C, Robbins J, Dilworth SM, Roberts B, Richardson WD (septiembre de 1988). "La secuencia de localización nuclear de la nucleoplasmina es más grande y más compleja que la del antígeno T grande del SV-40" . J. Cell Biol . 107 (3): 841–9 . doi : 10.1083/jcb.107.3.841 . PMC 2115281. PMID 3417784 .  
  4. ↑ Makkerh JP, Dingwall C, Laskey RA (agosto de 1996). "Mutagénesis comparativa de señales de localización nuclear revela la importancia de los aminoácidos neutros y ácidos" . Curr. Biol . 6 (8): 1025– 7. Bibcode : 1996CBio....6.1025M . doi : 10.1016/S0960-9822(02)00648-6 . PMID 8805337 . 
  5. ↑ Ray M, Tang R, Jiang Z, Rotello VM (2015). "Seguimiento cuantitativo del tráfico de proteínas al núcleo mediante la administración de proteínas citosólicas por nanocápsulas estabilizadas con nanopartículas" . Bioconjug . Chem. 26 (6): 1004– 7. doi : 10.1021/acs.bioconjchem.5b00141 . PMC 4743495. PMID 26011555 .  
  6. ↑ Mattaj IW, Englmeier L (1998). "Transporte nucleocitoplasmático: la fase soluble" . Annu Rev Biochem . 67 (1): 265–306 . doi : 10.1146/annurev.biochem.67.1.265 . PMID 9759490 . 
  7. ↑ Timmers AC, Stuger R, Schaap PJ, van 't Riet J, Raué HA (junio de 1999). "Localización nuclear y nucleolar de las proteínas ribosómicas S22 y S25 de Saccharomyces cerevisiae" . FEBS Lett . 452 (3): 335–40 . Bibcode : 1999FEBSL.452..335T . doi : 10.1016/S0014-5793(99)00669-9 . PMID 10386617 . 
  8. ^ Garrett RA, Douthwate SR, Matheson AT, Moore PB, Noller HF (2000). El ribosoma: estructura, función, antibióticos e interacciones celulares . Prensa ASM. ISBN 978-1-55581-184-6.
  9. ↑ Rout MP, Blobel G, Aitchison JD (mayo de 1997). "Una vía de importación nuclear distinta utilizada por las proteínas ribosómicas" . Cell . 89 (5): 715–25 . doi : 10.1016/S0092-8674(00)80254-8 . PMID 9182759 . 
  10. ↑ Lee BJ, Cansizoglu AE, Süel KE, Louis TH, Zhang Z, Chook YM (agosto de 2006). "Reglas para el reconocimiento de la secuencia de localización nuclear por la carioferina beta 2" . Cell . 126 ( 3): 543– 58. doi : 10.1016/j.cell.2006.05.049 . PMC 3442361. PMID 16901787 .  
  11. ↑ Cansizoglu AE, Lee BJ, Zhang ZC, Fontoura BM, Chook YM (mayo de 2007). "Diseño basado en la estructura de un inhibidor de importación nuclear específico de la vía" . Nature Structural & Molecular Biology . 14 (5): 452–4 . doi : 10.1038/nsmb1229 . PMC 3437620. PMID 17435768 .  
  12. ↑ Dingwall C, Sharnick SV, Laskey RA (septiembre de 1982). "Un dominio polipeptídico que especifica la migración de la nucleoplasmina al núcleo". Cell . 30 ( 2): 449– 58. doi : 10.1016/0092-8674(82)90242-2 . PMID 6814762. S2CID 39465973 .  
  13. ↑ Dingwall C, Laskey RA (diciembre de 1991). "Secuencias de direccionamiento nuclear: ¿un consenso?". Trends in Biochemical Sciences . 16 (12): 478–81 . doi : 10.1016/0968-0004(91)90184-W . PMID 1664152 . 
  14. ^ Yanagawa, Hiroshi; Tomita, Masaru; Miyamoto-Sato, Etsuko; Takashima, Hideaki; Matsumura, Nobutaka; Hasebe, Masako; Kosugi, Shunichi (2 de enero de 2009). "Seis clases de señales de localización nuclear específicas de diferentes surcos de unión de Importina α" . Revista de Química Biológica . 284 (1): 478– 485. doi : 10.1074/jbc.M807017200 . ISSN 0021-9258 . PMID 19001369 .  
  15. ↑ Conti E, Kuriyan J (marzo de 2000). "Análisis cristalográfico del reconocimiento específico pero versátil de señales de localización nuclear distintas por la carioferina alfa" . Structure . 8 (3): 329–38 . doi : 10.1016/s0969-2126(00)00107-6 . PMID 10745017 . 
  16. ↑ 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 . 
  17. ↑ Dingwall C, Robbins J, Dilworth SM, Roberts B, Richardson WD (septiembre de 1988). "La secuencia de localización nuclear de la nucleoplasmina es más grande y más compleja que la del antígeno T grande del SV-40" . The Journal of Cell Biology . 107 (3): 841–9 . doi : 10.1083 / jcb.107.3.841 . PMC 2115281. PMID 3417784 .  
  18. ↑ Newmeyer DD, Forbes DJ (marzo de 1988). "La importación nuclear se puede separar en pasos distintos in vitro: unión al poro nuclear y translocación". Cell . 52 ( 5): 641– 53. doi : 10.1016/0092-8674(88)90402-3 . PMID 3345567. S2CID 45889419 .  

Lecturas adicionales

  • Görlich D (junio de 1997). "Importación de proteínas nucleares". 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 (mayo de 2007). "Autopista a la membrana nuclear interna: reglas para el camino". Nature Reviews Molecular Cell Biology . 8 (5): 414– 20. doi : 10.1038/nrm2165 . PMID 17440484. S2CID 21070484 .