Importin es un tipo de karyopherin [1] que transporta proteínas moléculas de la célula 's citoplasma al núcleo . Lo hace uniéndose a secuencias de reconocimiento específicas , llamadas secuencias de localización nuclear (NLS).
Subunidad alfa 1 de carioferina | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||
Símbolo | KPNA1 | |||||
Gen NCBI | 3836 | |||||
HGNC | 6394 | |||||
OMIM | 600686 | |||||
RefSeq | NP_002255 | |||||
UniProt | P52294 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 3 q21.1 | |||||
|
Subunidad beta 1 de carioferina | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Identificadores | ||||||
Símbolo | KPNB1 | |||||
Gen NCBI | 3837 | |||||
HGNC | 6400 | |||||
OMIM | 602738 | |||||
RefSeq | NP_002256 | |||||
UniProt | Q14974 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 17 q21.32 | |||||
|
Importin tiene dos subunidades, importin α e importin 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 , la importina-β media las interacciones con el complejo de poros , mientras que la importina-α actúa como una proteína adaptadora para unir la señal de localización nuclear (NLS) en la carga. El trímero NLS-Importin α-Importin β se disocia después de unirse a Ran GTP dentro del núcleo , [2] y las dos proteínas importinas se reciclan al citoplasma para su uso posterior.
Descubrimiento
La importina puede existir como heterodímero de importina-α / β o como monómero de Importina-β. Importin-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 , se purificó a partir de huevos de Xenopus . Fue clonado, secuenciado y expresado en E. coli y para reconstituir completamente el transporte dependiente de la señal, tuvo que combinarse con Ran (TC4). En el estudio también se encontraron otros factores estimulantes clave. [1]
La importina-β, a diferencia de la importina-α, no tiene homólogos directos en la levadura, pero se purificó como una proteína de 90-95 kDa y se encontró que formaba un heterodímero con importina-α en varios casos diferentes. Estos incluyeron un estudio dirigido por Michael Rexach [4] y estudios adicionales 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 de señales de localización nuclear (NLS) , lo que permite el transporte al núcleo . Desde estos descubrimientos iniciales en 1994 y 1995, se ha encontrado una gran cantidad de genes Importin, como IPO4 e IPO7 , que facilitan la importación de proteínas de carga ligeramente diferentes, debido a su diferente estructura y localidad.
Estructura
Importina-α
Una gran proporción de la proteína adaptadora importina-α está formada por varias repeticiones de armadillo (ARM) dispuestas en tándem . Estas repeticiones pueden apilarse juntas para formar una estructura de forma curva, lo que facilita la unión al NLS de proteínas de carga específicas. El sitio de unión principal de NLS se encuentra hacia el extremo N-terminal , con un sitio secundario que se encuentra en el extremo C-terminal . Además de las estructuras ARM , Importin-α también contiene una región N-terminal de 90 aminoácidos , responsable de la unión a Importin-β, conocida como IBB (dominio de unión de Importin-β) . Este también es un sitio de autoinhibición y está implicado en la liberación de carga una vez que la importina-α llega al núcleo . [6]
Importina-β
La importina-β es la estructura típica de una superfamilia más grande 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 . [7]
Para transportar carga al núcleo , la importina-β debe asociarse con los complejos de poros nucleares . Lo hace formando enlaces débiles y transitorios con nucleoporinas en sus diversos motivos F G (Phe-Gly). El análisis cristalográfico ha demostrado que estos motivos se unen a la importina-β en bolsas hidrofóbicas poco profundas que se encuentran en su superficie. [8]
Ciclo de importación de proteínas nucleares
La función principal de la importina es mediar la translocación de proteínas con señales de localización nuclear en el núcleo , a través de complejos de poros nucleares (NPC) , en un proceso conocido como ciclo de importación de proteínas nucleares.
Enlace de carga
El primer paso de este ciclo es la unión de la carga. Importin puede realizar esta función como un monomérica importin-β proteína , pero por lo general requiere la presencia de importin-α, que actúa como un adaptador a las proteínas de carga (a través de interacciones con la NLS ). El NLS es una secuencia de aminoácidos básicos que marca la proteína como carga destinada al núcleo . Una proteína cargo puede contener uno o dos de estos motivos , que se unirán a los sitios de unión principales y / o secundarios de la importina-α. [9]
Transporte de carga
Una vez que se une la proteína de carga, la importina-β interactúa con el NPC y el complejo se difunde hacia el núcleo desde el citoplasma . La velocidad de difusión depende tanto de la concentración de importina-α presente en el citoplasma como de la afinidad de unión de importina-α a la carga. Una vez dentro del núcleo , el complejo interactúa con la GTPasa de la familia Ras , Ran-GTP . Esto conduce a la disociación del complejo al alterar la conformación de Importin-β. La importina-β se deja unida a Ran - GTP , lista para ser reciclada. [9]
Liberación de carga
Ahora que el complejo importina-α / cargo está libre de importina-β, la proteína cargo puede liberarse en el núcleo . El dominio N-terminal de unión a importina-β (IBB) de importina-α contiene una región autorreguladora que imita el motivo NLS . La liberación de 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, también se pueden emplear factores de liberación específicos como Nup2 y Nup50 para ayudar a liberar la carga. [9]
Reciclaje
Finalmente, para volver 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) es parte de la superfamilia de carioferinas importina-β y se define como un factor de exportación nuclear. La importina-β regresa al citoplasma , todavía unida a Ran - GTP . Una vez en el citoplasma , Ran - GTP es hidrolizado por Ran GAP , formando Ran - GDP y liberando los dos importinos para una mayor 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 . [9]
Enfermedad
Hay varios estados de enfermedad y patologías que se asocian con 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 interrupción en los patrones de expresión de importina-α causa defectos de fertilidad en Drosophila melanogaster . [10]
También se han realizado estudios que relacionan la importina-α alterada con algunos casos de cáncer . Los estudios de cáncer de mama han implicado una forma truncada de importina-α en la que falta el dominio de unión a NLS . [11] 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 tasas de supervivencia bajas observadas en ciertos pacientes con melanoma . [12]
La actividad de la importina también está asociada 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 porque el virus secuestra importina-α en el citoplasma , lo que significa que ya no puede unir su carga en el NLS . [13] Como resultado, la importina no puede funcionar y la proteína de carga permanece en el citoplasma.
Tipos de carga
Importin puede transportar muchas proteínas de carga diferentes al núcleo . A menudo, diferentes proteínas requerirán diferentes combinaciones de α y β para translocar. A continuación se enumeran algunos ejemplos de carga diferente.
Carga | Receptor de importación |
---|---|
SV40 | Importina-β e importina-α |
Nucleoplasmina | Importina-β e importina-α |
STAT1 | Importin-β y NPI-1 (tipo de importin-α) |
TFIIA | Importin-α no es necesario |
U1A | Importin-α no es necesario |
Genes importinos humanos
Aunque importina-α e importina-β se utilizan para describir la importina como un todo, en realidad representan familias más grandes de proteínas que comparten una estructura y función similares. Se han identificado varios genes diferentes tanto para α como para β, y algunos de ellos se enumeran a continuación. Tenga en cuenta que a menudo la cariofherina y la importina se usan indistintamente.
- Importación : IPO4 , IPO5 , IPO7 , IPO8 , IPO9 , IPO11 , IPO13
- Carioferina-α : KPNA1 , KPNA2 , KPNA3 , KPNA4 , KPNA5 , KPNA6
- Cariofherina-β : KPNB1
Ver también
- Carioferina
- Secuencia de localización nuclear
- Complejo de poros nucleares
- Transporte nuclear
- Ran (gen)
Referencias
- ↑ a b c Görlich D, Prehn S, Laskey RA, Hartmann E (diciembre de 1994). "Aislamiento de una proteína que es esencial para el primer paso de la importación de proteínas nucleares". Celular . 79 (5): 767–78. doi : 10.1016 / 0092-8674 (94) 90067-1 . PMID 8001116 . S2CID 7539929 .
- ^ Mattaj IW, Englmeier L (1998). "Transporte nucleocitoplasmático: la fase soluble" . Revisión anual de bioquímica . 67 : 265-306. doi : 10.1146 / annurev.biochem.67.1.265 . PMID 9759490 .
- ^ García-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 .
- ^ Enenkel C, Blobel G, Rexach M (julio de 1995). "Identificación de un heterodímero de carioferina de levadura que se dirige al sustrato de importación a complejos de poros nucleares de mamíferos" . J. Biol. Chem . 270 (28): 16499–502. doi : 10.1074 / jbc.270.28.16499 . PMID 7622450 .
- ^ Görlich D, Kostka S, Kraft R, Dingwall C, Laskey RA, Hartmann E, Prehn S (abril de 1995). "Dos subunidades diferentes de importancia cooperan para reconocer señales de localización nuclear y unirlas a la envoltura nuclear". Biología actual . 5 (4): 383–92. doi : 10.1016 / s0960-9822 (95) 00079-0 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-002D-1CBD-2 . PMID 7627554 . S2CID 6055941 .
- ^ 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 karyopherin alpha". Celular . 94 (2): 193-204. doi : 10.1016 / s0092-8674 (00) 81419-1 . PMID 9695948 . S2CID 16230174 .
- ^ Lee SJ, Matsuura Y, Liu SM, Stewart M (junio de 2005). "Base estructural para la disociación del complejo de importación nuclear por RanGTP". Naturaleza . 435 (7042): 693–6. Código Bibliográfico : 2005Natur.435..693L . doi : 10.1038 / nature03578 . PMID 15864302 . S2CID 4304731 .
- ^ Bayliss R, Littlewood T, Stewart M (julio de 2000). "Base estructural para la interacción entre las repeticiones de nucleoporina FxFG y la importina-beta en el tráfico nuclear". Celular . 102 (1): 99–108. doi : 10.1016 / s0092-8674 (00) 00014-3 . PMID 10929717 . S2CID 17495979 .
- ^ a b c d Weis K (febrero de 2003). "Regulación del acceso al genoma: transporte nucleocitoplasmático a lo largo del ciclo celular". Celular . 112 (4): 441–51. doi : 10.1016 / s0092-8674 (03) 00082-5 . PMID 12600309 . S2CID 17664108 .
- ^ Terry LJ, Shows EB, Wente SR (noviembre de 2007). "Cruzando la envoltura nuclear: regulación jerárquica del transporte nucleocitoplasmático". Ciencia . 318 (5855): 1412–6. Código Bibliográfico : 2007Sci ... 318.1412T . doi : 10.1126 / science.1142204 . PMID 18048681 . S2CID 163986 .
- ^ Kim IS, Kim DH, Han SM, Chin MU, Nam HJ, Cho HP, Choi SY, Song BJ, Kim ER, Bae YS, Moon YH (julio de 2000). "La forma truncada de importina alfa identificada en la célula de cáncer de mama inhibe la importación nuclear de p53" . La Revista de Química Biológica . 275 (30): 23139–45. doi : 10.1074 / jbc.M909256199 . PMID 10930427 .
- ^ Winnepenninckx V, Lazar V, Michiels S, Dessen P, Stas M, Alonso SR, Avril MF, Ortiz Romero PL, Robert T, Balacescu O, Eggermont AM, Lenoir G, Sarasin A, Tursz T, van den Oord JJ, Spatz A (Abril de 2006). "Perfil de expresión génica del melanoma cutáneo primario y resultado clínico" . Revista del Instituto Nacional del Cáncer . 98 (7): 472–82. doi : 10.1093 / jnci / djj103 . PMID 16595783 .
- ^ Sekimoto T, Imamoto N, Nakajima K, Hirano T, Yoneda Y (diciembre de 1997). "La importación nuclear dependiente de la señal extracelular de Stat1 está mediada por la formación del complejo de focalización de poros nucleares con NPI-1, pero no con Rch1" . El diario EMBO . 16 (23): 7067–77. doi : 10.1093 / emboj / 16.23.7067 . PMC 1170309 . PMID 9384585 .
enlaces externos
- Importinas en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- PDB Molécula del mes Importinas