핵 국산화 순서

Nuclear localization sequence

핵 국산화 신호 또는 염기서열(NLS)은 핵 수송을 통해 세포핵으로 수입하기 위한 단백질을 '태그'하는 아미노산 염기서열이다.[1]일반적으로 이 신호는 단백질 표면에 노출된 하나 이상의 양전하 라이신 또는 아르기닌의 짧은 시퀀스로 구성된다.[1]다른 핵 지역화된 단백질은 동일한 NLS를 공유할 수 있다.[1]NLS는 핵 밖으로 단백질을 표적으로 하는 핵 수출 신호(NES)와 반대되는 기능을 가지고 있다.null

종류들

고전적인

이러한 유형의 NLS는 단극 또는 양극으로 더 분류할 수 있다.둘 사이의 주요 구조 차이는 초당적 NLS의 두 기본 아미노산 클러스터가 상대적으로 짧은 스페이서 시퀀스(Hence perpartite - 2 parts)에 의해 분리되는 반면, 단당 NLS는 그렇지 않다는 것이다.최초로 발견된 NLS는 SV40 Large T-antigen(단층 NLS)의 PKKKKRKV 시퀀스였다.[2]핵소포민의 NLS인 KR[PAATKKAGQA]KKK는 유비쿼터스 초당파 신호의 프로토타입으로, 약 10개의 아미노산의 스페이서로 분리된 두 개의 기본 아미노산 군집이다.[3]두 신호는 모두 가져오기 α에 의해 인식된다.Importin α는 초당적 NLS 자체를 포함하고 있으며, 이는 특히 invirein β에 의해 인식된다.후자는 실제 수입 중재자로 볼 수 있다.null

첼스키 외 연구진은 단층 NLS에 대한 합의 순서 K-K/R-X-K/R을 제안했다.[3]따라서 첼스키 시퀀스는 양당 NLS의 다운스트림 기본 클러스터의 일부가 될 수 있다.막카 등은 SV40 T-Antigen(모노파르트사이트), C-myc(모노파르트사이트), 핵소포민(비파르트사이트)의 핵 국산화 신호에 대해 비교 돌연변이 유발(mutagenesis)를 실시했으며, 세 가지 모두에 공통적인 아미노산 특징을 보였다.중성 및 산성 아미노산의 역할은 NLS의 효율화에 기여하는 것으로 처음으로 나타났다.[4]

Rotello et al. compared the nuclear localization efficiencies of eGFP fused NLSs of SV40 Large T-Antigen, nucleoplasmin (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), c-Myc (PAAKRVKLD) and TUS-protein (KLKIKRPVK) through rapid intracellular protein delivery.그들은 SV40 NLS에 비해 c-Myc NLS의 핵 국산화 효율이 상당히 높다는 것을 발견했다.[5]

비클래식

HnRNP A1의 산성 M9 영역, 효모 전사 억제기 Matα2의 KIPK 시퀀스, U snRNP의 복잡한 신호 등 그 밖에 여러 종류가 있다.이러한 NLS의 대부분은 수입 α와 같은 단백질의 개입 없이 수입 β 계열의 특정 수용체에 의해 직접 인식되는 것으로 보인다.[6]null

대량으로 생산되고 운반되는 리보솜 단백질에 특정한 것으로 보이는 신호는 전문화된 수입 β형 핵 수입 수용체와 함께 오는 것 같다.[7][8][9]null

최근 PY-NLS로 알려진 NLS의 종류는 원래 Lee et al에 의해 제안되었다.[10]이 PY-NLS 모티브는 그 안에 프롤라인-티로신 아미노산 페어링 때문에 이름이 붙여진 것으로, 단백질이 임베딘 β2(트랜스포틴 또는 카리오페린 β2)에 결합되어 화물 단백질을 핵으로 변환시킬 수 있다.Importin β2에 포함된 PY-NLS 바인딩을 위한 구조적 기반이 결정되었고 수입 억제제가 설계되었다.[11]null

디스커버리

세포 DNA를 분리하는 핵막의 존재는 진핵 세포의 결정적인 특징이다.그러므로 핵막은 단백질 생성의 세포질 과정과 DNA 복제와 RNA 전사의 핵 과정을 분리한다.핵에 필요한 단백질은 반드시 어떤 메커니즘에 의해 그곳으로 향해야 한다.핵에 축적되는 핵단백질의 능력에 대한 최초의 직접 실험검사는 존 거든이 세포질에 미세주입된 후 정제된 핵단백질이 개구리(제노푸스) 난모세포의 핵에 축적되는 것을 보여주면서 수행했다.이 실험들은 그 후 줄기 세포 연구와 직접적으로 관련이 있는 핵 재프로그래밍에 대한 연구로 이어진 일련의 실험의 일부였다.null

난모세포 핵막에 수 백만 개의 모공 콤플렉스가 존재하고, 여러 가지 다른 분자(인슐린, 소 혈청 알부민, 금 나노입자)를 인정하는 것처럼 보인다는 사실은 모공이 개방된 통로고 핵단백질이 모공을 통해 자유롭게 핵으로 들어가며 DNA나 s에 결합함으로써 축적되어야 한다는 관점으로 이어졌다.다른 핵 부품을 오므리다즉, 구체적인 수송 메커니즘이 없다고 생각되었다.null

이 견해는 1982년 딩월(Dingwall)과 래스키(Laskey)에 의해 부정확한 것으로 나타났다.그들은 원형의 '분자 보호판'인 뉴클레오플라스민이라는 단백질을 사용하여 핵으로 들어가는 신호의 역할을 하는 단백질의 영역을 식별했다.[12]이 연구는 그 지역의 연구를 자극했고, 2년 후 첫 번째 NLS가 SV40 Large T-antigen(또는 SV40, 줄여서 SV40)에서 확인되었다.그러나 기능 NLS는 단순히 SV40 NLS와의 유사성에 기초하여 다른 핵 단백질에서 식별될 수 없었다.실제로 세포(비바이러스) 핵단백질 중 극히 일부만이 SV40 NLS와 유사한 염기서열을 포함하고 있었다.핵소포민을 정밀 검사한 결과, 스페이서 암으로 분리된 기본 아미노산으로 구성된 두 개의 원소로 구성된 시퀀스가 확인되었다.이러한 원소들 중 하나는 SV40 NLS와 비슷했지만 비핵 리포터 단백질에 부착되었을 때 세포핵으로 단백질을 유도할 수 없었다.두 가지 요소가 모두 필요하다.[13]이런 종류의 NLS는 초당파 고전 NLS로 알려지게 되었다.초당적 NLS는 현재 세포핵단백질에서[14] 발견되는 NLS의 주요 계급을 나타내는 것으로 알려져 있으며, 구조해석 결과 신호가 수용체(importin α) 단백질에[15] 의해 어떻게 인식되는지(일부 단층 NLS의 구조적 기반도[16] 알려져 있다)가 밝혀졌다.핵단백질 수입에 대한 분자상세 상당 부분이 현재 알려져 있다.이는 핵단백질 수입이 2단계 과정이라는 것을 입증함으로써 가능해졌다. 즉, 핵단백질은 에너지를 필요로 하지 않는 과정에서 핵공기단지에 결합한다.이에 뒤이어 모공 복합체의 채널을 통한 에너지 의존적 핵단백질 번역이 이루어진다.[17][18]이 과정에서 두 가지 뚜렷한 단계가 존재함을 확립함으로써 관련 인자를 식별할 수 있는 가능성을 확립하고, NLS 수용체 수입인 계열과 GTPase Ran으로 이어졌다.null

핵 수입의 메커니즘

단백질은 핵 봉투를 통해 핵으로 들어간다.핵 봉투는 동심막, 외피, 내막으로 구성되어 있다.내막과 외막은 여러 부위에서 연결되어 세포질과 핵종 사이에 채널을 형성한다.이들 채널은 핵막을 가로지르는 수송을 중재하는 복잡한 다단백질 구조인 핵공기 복합체(NPC)가 차지하고 있다.null

NLS로 번역된 단백질은 수입(카리오페린이라 불리는 것)에 강하게 결합하고, 콤플렉스는 핵 모공을 통해 이동하게 된다.이 시점에서 Ran-GTP는 수입단백질 콤플렉스에 바인딩되며, 그 바인딩으로 인해 수입단백질에 대한 친화력을 잃게 된다.단백질이 방출되고, 이제 Ran-GTP/importin 복합체가 핵 모공을 통해 핵 밖으로 다시 이동하게 된다.세포질 내 GTPase 활성 단백질(GAP)은 Ran-GTP를 GDP로 가수분해시키고, 이는 Ran에 순응적인 변화를 일으켜 궁극적으로 수입에 대한 친화력을 떨어뜨린다.임베린은 방출되고 란-GDP는 구아닌 뉴클레오티드 교환 인자(GEF)가 GDP를 다시 GTP와 교환하는 핵으로 재활용된다.

참고 항목

  • 핵 수출 신호(NES)는 핵으로부터 수출되는 단백질을 지시할 수 있다.

참조

  1. ^ a b c Mahato, Ram I.; Smith, Louis C.; Rolland, Alain (1999-01-01), Hall, Jeffrey C.; Dunlap, Jay C.; Friedmann, Theodore; Giannelli, Francesco (eds.), 4 - Pharmaceutical Perspectives of Nonviral Gene Therapy, Advances in Genetics, vol. 41, Academic Press, pp. 95–156, doi:10.1016/s0065-2660(08)60152-2, ISBN 9780120176410, PMID 10494618, retrieved 2020-12-17
  2. ^ Kalderon D, Roberts BL, Richardson WD, Smith AE (1984). "A short amino acid sequence able to specify nuclear location". Cell. 39 (3 Pt 2): 499–509. doi:10.1016/0092-8674(84)90457-4. PMID 6096007.
  3. ^ a b Dingwall C, Robbins J, Dilworth SM, Roberts B, Richardson WD (Sep 1988). "The nucleoplasmin nuclear location sequence is larger and more complex than that of SV-40 large T antigen". J. Cell Biol. 107 (3): 841–9. doi:10.1083/jcb.107.3.841. PMC 2115281. PMID 3417784.
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추가 읽기

외부 링크