Séquence de localisation nucléaire - Nuclear localization sequence

Un signal ou une séquence de localisation nucléaire ( NLS ) est une séquence d' acides aminés qui « marque » une protéine pour l'importation dans le noyau cellulaire par transport nucléaire . Typiquement, ce signal consiste en une ou plusieurs séquences courtes de lysines ou d'arginines chargées positivement exposées à la surface de la protéine. Différentes protéines localisées dans le noyau peuvent partager le même NLS. Un NLS a la fonction opposée d'un signal d'exportation nucléaire (NES), qui cible les protéines hors du noyau.

Les types

Classique

Ces types de NLS peuvent en outre être classés comme monopartites ou bipartites. Les principales différences structurelles entre les deux sont que les deux clusters d'acides aminés basiques dans les NLS bipartites sont séparés par une séquence d'espacement relativement courte (d'où bipartite - 2 parties), alors que les NLS monopartites ne le sont pas. Le premier SNL découvert était la séquence PKKKKRKV dans l' antigène SV40 Large T (un SNL monopartite). Le NLS de la nucléoplasmine , KR[PAATKKAGQA]KKKK, est le prototype du signal bipartite ubiquitaire : deux clusters d'acides aminés basiques, séparés par un espaceur d'environ 10 acides aminés. Les deux signaux sont reconnus par importin . Importin α contient lui-même un NLS bipartite, qui est spécifiquement reconnu par importin β . Ce dernier peut être considéré comme le véritable médiateur d'importation.

Chelsky et al . a proposé la séquence consensus KK/RXK/R pour les NLS monopartites. Une séquence de Chelsky peut donc faire partie de l'amas basique en aval d'un NLS bipartite. La Mecque et al . effectué une mutagenèse comparative sur les signaux de localisation nucléaire de l'antigène T SV40 (monopartite), du C-myc (monopartite) et de la nucléoplasmine (bipartite), et a montré des caractéristiques d'acides aminés communes aux trois. Le rôle des acides aminés neutres et acides a été montré pour la première fois dans la contribution à l'efficacité du NLS.

Rotello et al . ont comparé les efficacités de localisation nucléaire des NLS fusionnés avec l'eGFP du SV40 Large T-Antigen, de la nucléoplasmine (AVKRPAATKKAGQAKKKKLD), de l'EGL-13 (MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN), du c-Myc (PAAKRVKLD) et de la protéine TUS (KLKIKRPVK) grâce à l'administration rapide de protéines intracellulaires. Ils ont trouvé une efficacité de localisation nucléaire significativement plus élevée de c-Myc NLS par rapport à celle de SV40 NLS.

Non classique

Il existe de nombreux autres types de NLS, tels que le domaine acide M9 de hnRNP A1, la séquence KIPIK dans le répresseur de transcription de levure Matα2 et les signaux complexes de U snRNP. La plupart de ces NLS semblent être reconnus directement par des récepteurs spécifiques de la famille des importines β sans l'intervention d'une protéine de type importine .

Un signal qui semble être spécifique aux protéines ribosomiques massivement produites et transportées, semble venir avec un ensemble spécialisé de récepteurs d'import nucléaire de type importine β.

Récemment, une classe de NLS connue sous le nom de PY-NLS a été proposée, à l'origine par Lee et al. Ce motif PY-NLS, ainsi nommé en raison de l' appariement d'acides aminés proline - tyrosine qu'il contient, permet à la protéine de se lier à l' Importine β2 (également connue sous le nom de transportine ou caryopherine β2), qui transfère ensuite la protéine cargo dans le noyau. La base structurelle de la liaison du PY-NLS contenu dans l'Importine β2 a été déterminée et un inhibiteur d'import a été conçu.

Découverte

La présence de la membrane nucléaire qui séquestre l' ADN cellulaire est la caractéristique déterminante des cellules eucaryotes . La membrane nucléaire sépare donc les processus nucléaires de la réplication de l'ADN et de la transcription de l' ARN du processus cytoplasmique de production de protéines. Les protéines requises dans le noyau doivent y être dirigées par un mécanisme. Le premier examen expérimental direct de la capacité des protéines nucléaires à s'accumuler dans le noyau a été réalisé par John Gurdon lorsqu'il a montré que des protéines nucléaires purifiées s'accumulaient dans le noyau des ovocytes de grenouille ( Xenopus ) après avoir été micro-injectées dans le cytoplasme. Ces expériences faisaient partie d'une série qui a par la suite conduit à des études de reprogrammation nucléaire, directement pertinentes pour la recherche sur les cellules souches.

La présence de plusieurs millions de complexes de pores dans la membrane nucléaire de l' ovocyte et le fait qu'ils semblaient admettre de nombreuses molécules différentes (insuline, sérumalbumine bovine, nanoparticules d'or) ont conduit à considérer que les pores sont des canaux ouverts et que les protéines nucléaires pénètrent librement dans le noyau. à travers le pore et doit s'accumuler en se liant à l'ADN ou à un autre composant nucléaire. En d'autres termes, on pensait qu'il n'y avait pas de mécanisme de transport spécifique.

Ce point de vue s'est avéré incorrect par Dingwall et Laskey en 1982. En utilisant une protéine appelée nucléoplasmine, l'archétype du « chaperon moléculaire », ils ont identifié un domaine dans la protéine qui agit comme un signal pour l'entrée nucléaire. Ce travail a stimulé la recherche dans le domaine, et deux ans plus tard, le premier NLS a été identifié dans le SV40 Large T-antigen (ou SV40, en abrégé). Cependant, un NLS fonctionnel n'a pas pu être identifié dans une autre protéine nucléaire simplement sur la base d'une similitude avec le SV40 NLS. En fait, seul un faible pourcentage de protéines nucléaires cellulaires (non virales) contenait une séquence similaire au SV40 NLS. Un examen détaillé de la nucléoplasmine a identifié une séquence avec deux éléments constitués d'acides aminés basiques séparés par un bras espaceur. L'un de ces éléments était similaire au SV40 NLS mais n'était pas capable de diriger une protéine vers le noyau cellulaire lorsqu'il était attaché à une protéine rapporteur non nucléaire. Les deux éléments sont obligatoires. Ce type de NLS est devenu connu sous le nom de NLS classique bipartite. Le NLS bipartite est maintenant connu pour représenter la principale classe de NLS trouvée dans les protéines nucléaires cellulaires et l'analyse structurelle a révélé comment le signal est reconnu par une protéine réceptrice ( importine ) (la base structurelle de certains NLS monopartites est également connue). De nombreux détails moléculaires de l'importation de protéines nucléaires sont maintenant connus. Cela a été rendu possible par la démonstration que l'importation de protéines nucléaires est un processus en deux étapes ; la protéine nucléaire se lie au complexe de pores nucléaires dans un processus qui ne nécessite pas d'énergie. Ceci est suivi d'une translocation dépendante de l'énergie de la protéine nucléaire à travers le canal du complexe de pores. En établissant la présence de deux étapes distinctes dans le processus, la possibilité d'identifier les facteurs impliqués a été établie et a conduit à l'identification de la famille des importines des récepteurs NLS et de la GTPase Ran .

Mécanisme d'importation nucléaire

Les protéines pénètrent dans le noyau par l'enveloppe nucléaire. L'enveloppe nucléaire est constituée de membranes concentriques, la membrane externe et la membrane interne. Les membranes interne et externe se connectent en plusieurs sites, formant des canaux entre le cytoplasme et le nucléoplasme. Ces canaux sont occupés par des complexes de pores nucléaires (NPC), des structures multiprotéiques complexes qui interviennent dans le transport à travers la membrane nucléaire.

Une protéine traduite avec un NLS se liera fortement à l' importine (aka caryopherin ), et, ensemble, le complexe se déplacera à travers le pore nucléaire. À ce stade, Ran-GTP se liera au complexe importine-protéine, et sa liaison fera perdre à l'importine son affinité pour la protéine. La protéine est libérée, et maintenant le complexe Ran-GTP/importine sortira du noyau à travers le pore nucléaire. Une protéine activant la GTPase (GAP) dans le cytoplasme hydrolyse la Ran-GTP en GDP, ce qui provoque un changement de conformation de Ran, réduisant finalement son affinité pour l'importine. L'importine est libérée et le Ran-GDP est recyclé vers le noyau où un facteur d'échange de nucléotides de guanine (GEF) échange son PIB contre du GTP.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes