Nukleoporin

Nukleoporini su porodica proteina koji su sastavni blokovi kompleksa jedrovih pora (NPC).^[1] Kompleks jedarnih pora je masivna struktura ugrađena u jedarnu ovojnicu na mjestima gdje se spajaju unutrašnja i vanjska jedrova membrana, tvoreći kapiju koja regulira protok makromolekula između jedra i citoplazme. Jedarne pore omogućuju pasivni i olakšani transport molekula preko jedarne ovojnice. Nukleoporini, porodica od oko 30 proteina, glavne su komponente kompleksa jedarnih pora u eukariotskim ćelijama. Nukleoporin 62 je najbrojniji član ove porodice.^[2] Nukleoporini su sposobni transportirati molekule preko jedrove ovojnice vrlo velikom brzinom. Jedan NPC može prenijeti i oko 60.000 molekula proteina kroz jedrovu ovojnicu svake minute.^[3]

Biohemijska svojstva i kristalna struktura

N-terminal nukleoporina 133/155
Domen ima 7-oštričnu beta-propeler strukturu (PDB 1XKS).
Identifikatori
Simbol	Nucleoporin_N

C-terminal nukleoporina 133/155 (ACE2)
NUP133 (ovdje desni domen) komunicira sa NUP107 (PDB 3CQC).
Identifikatori
Simbol	Nucleoporin_C
PDB	3I4R

Ponavljanje FGt
Identifikatori
Simbol	Nucleoporin_FG

Chug et al. (2015) izvijestili su o strukturnoj analizi kompleksa Nup62-Nup58-Nup54, koji je ključna komponenta transportnog sistema nukleoplazme. Sastoji se od trimernog sučelja dugog približno 13 nanometara s neobičnim zavojnicom 2W3F, kanonskom heterotrimernom zavojnicom i pregibom koji provodi kompaktni snop od šest alfa-heliks. Nup54 također sadrži domen sličan feredoksinu (103260). Dalje su identificirali heterotrimerni modul za vezanje Nup93, za sidrenje jedarnih pora (NPC). Izmjene kvaternarne strukture u kompleksu Nup62, za koje je predloženo da pokreću opće otvaranje NPC -a, nisu kompatibilne sa trimernom strukturom. Sugerirali su da se visoko izduženi kompleks Nup62 projicira tako da stvarajući barijeru FG (phe-gly) ponavlja se daleko u središnji NPC kanal, podržavajući barijeru koja štiti cijeli presjek.^[4]

Struktura

Nukleoporini se agregiraju i tvore kompleks jedarnih pora, osmougaoni prsten koji prelazi jedarnu ovojnicu. Prsten se sastoji od osam potkompleksa skele, sa dva strukturna sloja od COPII-olikog premaza koji sadrži neke proteine za oblaganje pora. Od citoplazme do nukleoplazme, tri sloja kompleksa prstenova nazivaju se citoplazma, unutrašnja pora i prstenovi nukleoplazme. Različiti skupovi proteina povezuju se na oba prstena, a neki transmembranski proteini sidre sklop za lipidni dvosloj.^[5]

U potkompleksu skele, i citoplazma i prstenovi nukleoplazme sastavljeni su od Y-kompleksa, proteinskog kompleksa izgrađenog, između ostalog, od NUP133 i NUP107. Na svakom kraju svakoj od osam skela nalaze se dva Y-kompleksa, koji dodaju do 32 kompleksa po pori. Odnos zakrivljenosti membrane jedarne pore s Y-kompleksima može je analogno formiranju pupoljaka vezikula obloženik COPII-em.^[3] Proteini koji oblažu unutrašnju pora čine kompleks NUP62.d

Na strani nukleoplazme, dodatni proteini povezani s prstenom tvore "jedarnu korpu", kompleks sposoban vezati nukleoporin na jedrovu laminu, pa čak i na određene dijelove genoma. Citoplazmatski kraj je manje razrađen, s osam filamenata koji strše u citoplazmu. Čini se da oni nemaju ulogu u importu jedarnih proizvoda.^[6]

Membranski nukleoporini povezuju se sa skelom i jedarnom membranom. Neki od njih, poput GP210, prelaze cijelu membranu, drugi (poput NUP98) djeluju poput eksera sa strukturnim dijelovima obloge, kao i dijelovima koji probijaju membranu. Za NUP98 se ranije mislilo da je FG-nukleoporin, sve dok nije pokazano da" FG "u njemu ima namotani kalem.

Neki nukleoporini sadrže FG-ponavljanja. Nazvana po fenilalaninu i glicinu, FG-ponavljanja su mali hidrofobni segmenti koji razbijaju dugačke hidrofilne aminokiseline. Ovi fleksibilni dijelovi tvore rasklopljene ili neuređene segmente bez fiksne strukture.^[7] Oni tvore masu lanaca koji omogućuju difuziji manjih molekula, ali isključuju velike hidrofilne makromolekule. Ove velike molekule mogu prijeći jedarne pore samo ako ih prati signalna molekula, koja privremeno stupa u interakciju s segmentom ponavljanja FG nukleoporina. FG-nukleoporini također sadrže kuglasti dio koji služi kao sidro za vezivanje za kompleks jedarnih pora.

Pokazalo se da nukleoporini međusobno tvore različite potkomplekse. Najčešći od ovih kompleksa je kompleks nup62, koji je sklop sastavljen od NUP62, NUP58, NUP54 i NUP45.^[8] Drugi primjer takvog kompleksa je kompleks Y (NUP107-160), sastavljen od mnogo različitih nukleoporina. Kompleks NUP107-160 je lokaliziran u kinetohoru i ia ulogu u mitozi.^[9]

Funkcija

Nukleoporini kod eukariota posreduju u transportu makromolekula između jedra i citoplazme. Određeni članovi porodice nukleoporina čine strukturne skele kompleksa jedarnih pora. Međutim, nukleoporini prvenstveno funkcioniraju interakcijom s transportnim molekulama poznatim kao karioferini, poznatim i pod imenom Kaps.^[10] Ovi karioferini stupaju u interakciju s nukleoporinima koji sadrže ponavljajuće sekvence aminokiselina fenilalanin (F) i glicin (G) FG peptidnih ponavljanja.^[11] Djelujući tako, karioferini mogu prebacivati svoj teret preko jedarne ovojnice. Nukleoporini su potrebni samo za transport velikih hidrofilnih molekula iznad 40 kDa, jer manje prolaze kroz jedrove pore putem pasivne difuzije. Nukleoporini imaju važnu ulogu u transportu iRNK iz jedra u citoplazmu, nakon transkripcije.^[12] Ovisno o svojoj funkciji, određeni nukleoporini su lokalizirani na [[citosol]noj ili nukleoplazmatskoj strani kompleksa jedarnih pora. Drugi nukleoporini mogu se naći na obje strane. Nedavno je pokazano da FG nukleoporini imaju specifične evolucijski očuvane karakteristike kodirane u njihovim nizovima koji pružaju uvid u to kako reguliraju transport molekula kroz kompleks jedrovih pora (NPC).^[13][14]

Genetika

Genetička varijabilnost nukleoporina

Simbol (prema HGNC)	Citogenetička lokacija	Genomske koordinate (GRCh38, prema NCBI)
NUP85	17q25.1	17:75,205,556-75,235,757
NUP98	11p15.4	11:3,675,009-3,797,553
NUP214	9q34.13	9:131,125,585-131,234,662
NUP153	6p22.3	6:17,615,035-17,706,924
NUP50	22q13.31	22:45,163,924-45,188,016
AAAS	12q13.13	12:53,307,455-53,321,609
NUP62	19q13.33	19:49,906,824-49,929,503
NUP155	5p13.2	5:37,288,136-37,371,105
NUPL1	13q12.13	13:25,301,083-25,349,794

Svaki od njih ima specifična svojstva, a NUPL1, lociran je na hromosomu 13 okaraktericiibridnom analizom zračenja (Ishikawa et al., 1997.)^[15]

Kloniranje i ekspresija NUPL1

Sekvenciranjem klonova dobijenih iz biblioteke cDNK frakcionirane veličine mozga, Ishikawa et al. (1997) klonirali NUPL1, koji su označili kao KIAA0410. Izvedeni protein od 485 aminokiselina ima izračunatu molekulsku masu od oko 53 kD. NUPL1 dijeli 87% identiteta sekvence sa nukleoporinom p58 pacova. RT-PCR analiza otkrila je nisku ekspresiju NUPL1 u svim pregledanim tkivima.

Evolucija

Mnogi strukturni nukleoporini sadrže solenoidne proteinske domene , domene od ponavljanja koji se mogu složiti zajedno kao grupni gradivni blokovi. Postoje domeni beta-propelera slični s WD40 ponavljanjeima i, što je još zanimljivije, jedinstvene tipove alfa solenoida (snopova spirala) koje čine vlastitu klasu, elementi predačkih koatomera '(ACE). Do danas su identifikovane dvije klase ACE. ACE1 je 28-spiralni domen, koji se nalazi u mnogim nukleoproteinskim skelama, kao i SEC31, komponenta COPII. ACE2, prikazan u infookviru, nalazi se u kvascima Nup157/Nup170 (ljudski Nup155) i Nup133. U oba slučaja, zajednički domen, kao što im nazivi govore, ukazuju na zajedničko porijeklo i unutar nukleoproteina i između nukleoproteina i kotamera.^[16]

Svi današnji eukarioti dijele mnoge važne komponente NPC -a, što ukazuje na to da je kompletan kompleks prisutan kod njihovog zajedničkog pretka.^[17]

Primjeri

Svaki pojedinačni nukleoporin nazvan je prema svojoj molekularnoj težini (u kiloD). Ispod je nekoliko primjera proteina iz porodice nukleoporina:

• NUP35, NUP37, NUP43, NUP50
• NUP54, NUP62, NUP85, NUP88, NUP93, NUP98
• NUP107, NUP133, NUP153, NUP155, NUP160, NUP188
• NUP205, NUP210, NUP214

Reference

1. Doye V, Hurt E (June 1997). "From nucleoporins to nuclear pore complexes". Current Opinion in Cell Biology. 9 (3): 401–11. doi:10.1016/S0955-0674(97)80014-2. PMID 9159086.
2. Han I, Oh ES, Kudlow JE (August 2000). "Responsiveness of the state of O-linked N-acetylglucosamine modification of nuclear pore protein p62 to the extracellular glucose concentration". The Biochemical Journal. 350 Pt 1: 109–14. doi:10.1042/0264-6021:3500109. PMC 1221231. PMID 10926833.
3. Lodish H (2013). Molecular Cell Biology (Seventh izd.). New York: Worth Publ. ISBN 978-1-4292-3413-9.
4. Chug, H., Trakhanov, S., Hulsmann, B. B., Pleiner, T., Gorlich, D. Crystal structure of the metazoan Nup62-Nup58-Nup54 nucleoporin complex. Science 350: 106-110, 2015. PubMed: 26292704
5. Beck, Martin; Hurt, Ed (21 December 2016). "The nuclear pore complex: understanding its function through structural insight". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 18 (2): 73–89. doi:10.1038/nrm.2016.147. PMID 27999437. S2CID 35394962. Pristupljeno 10 April 2019.
6. Walther, TC; Pickersgill, HS; Cordes, VC; Goldberg, MW; Allen, TD; Mattaj, IW; Fornerod, M (8 July 2002). "The cytoplasmic filaments of the nuclear pore complex are dispensable for selective nuclear protein import". The Journal of Cell Biology. 158 (1): 63–77. doi:10.1083/jcb.200202088. PMC 2173022. PMID 12105182.
7. Denning D, Patel S, Uversky V, Fink A, Rexach M (2003). "Disorder in the nuclear pore complex: The FG repeat regions of nucleoporins are natively unfolded". Proc Natl Acad Sci USA. 100 (5): 2450–5. Bibcode:2003PNAS..100.2450D. doi:10.1073/pnas.0437902100. PMC 151361. PMID 12604785.
8. Miyachi K, Hankins RW, Matsushima H, Kikuchi F, Inomata T, Horigome T, Shibata M, Onozuka Y, Ueno Y, Hashimoto E, Hayashi N, Shibuya A, Amaki S, Miyakawa H (May 2003). "Profile and clinical significance of anti-nuclear envelope antibodies found in patients with primary biliary cirrhosis: a multicenter study". Journal of Autoimmunity. 20 (3): 247–54. doi:10.1016/S0896-8411(03)00033-7. PMID 12753810.
9. Loïodice I, Alves A, Rabut G, Van Overbeek M, Ellenberg J, Sibarita JB, Doye V (July 2004). "The entire Nup107-160 complex, including three new members, is targeted as one entity to kinetochores in mitosis". Molecular Biology of the Cell. 15 (7): 3333–44. doi:10.1091/mbc.E03-12-0878. PMC 452587. PMID 15146057.
10. Allen NP, Patel SS, Huang L, Chalkley RJ, Burlingame A, Lutzmann M, Hurt EC, Rexach M (December 2002). "Deciphering networks of protein interactions at the nuclear pore complex". Molecular & Cellular Proteomics. 1 (12): 930–46. doi:10.1074/mcp.t200012-mcp200. PMID 12543930.
11. Peters R (2006). Introduction to nucleocytoplasmic transport: molecules and mechanisms. Methods in Molecular Biology. 322. str. 235–58. doi:10.1007/978-1-59745-000-3_17. PMID 16739728.
12. Marfori M, Mynott A, Ellis JJ, Mehdi AM, Saunders NF, Curmi PM, Forwood JK, Bodén M, Kobe B (September 2011). "Molecular basis for specificity of nuclear import and prediction of nuclear localization". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1813 (9): 1562–77. doi:10.1016/j.bbamcr.2010.10.013. PMID 20977914.
13. Peyro M, Soheilypour M, Lee BL, Mofrad MR (November 2015). "Evolutionarily Conserved Sequence Features Regulate the Formation of the FG Network at the Center of the Nuclear Pore Complex". Scientific Reports. 5: 15795. Bibcode:2015NatSR...515795P. doi:10.1038/srep15795. PMC 4635341. PMID 26541386.
14. Ando D, Colvin M, Rexach M, Gopinathan A (2013-09-16). "Physical motif clustering within intrinsically disordered nucleoporin sequences reveals universal functional features". PLOS ONE. 8 (9): e73831. Bibcode:2013PLoSO...873831A. doi:10.1371/journal.pone.0073831. PMC 3774778. PMID 24066078.
15. Ishikawa, K., Nagase, T., Nakajima, D., Seki, N., Ohira, M., Miyajima, N., Tanaka, A., Kotani, H., Nomura, N., Ohara, O. Prediction of the coding sequences of unidentified human genes. VIII. 78 new cDNA clones from brain which code for large proteins in vitro. DNA Res. 4: 307-313, 1997. PubMed: 9455477
16. Whittle, JR; Schwartz, TU (9 October 2009). "Architectural nucleoporins Nup157/170 and Nup133 are structurally related and descend from a second ancestral element". The Journal of Biological Chemistry. 284 (41): 28442–52. doi:10.1074/jbc.M109.023580. PMC 2788893. PMID 19674973.
17. Neumann, N; Lundin, D; Poole, AM (8 October 2010). "Comparative genomic evidence for a complete nuclear pore complex in the last eukaryotic common ancestor". PLOS ONE. 5 (10): e13241. Bibcode:2010PLoSO...513241N. doi:10.1371/journal.pone.0013241. PMC 2951903. PMID 20949036.

Vanjski linkovi

• Nucleoporin na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• Nucleoporin (InterPro search)

Šablon:Jedro