Sinal de localización nuclear

Un sinal de localización nuclear ou secuencia de localización nuclear (SLN ou en inglés NLS) é unha secuencia de aminoácidos que actúa como unha "etiqueta" ou marca na superficie exposta dunha proteína, e que se usa para sinalar que a proteína debe ser enviada ao núcleo a través dos poros nucleares, e que permite que unha proteína acabada de sintetizar que o leve sexa recoñecida por receptores de transporte nuclear citosólicos para o seu envío posterior ao núcleo. Tipicamente, este sinal consta dunha ou máis secuencias curtas de lisinas e arxininas cargadas positivamente. Proteínas diferentes localizadas no núcleo poden compartir o mesmo sinal de localización. Un sinal de localización nuclear ten a función oposta á dos tamén existentes sinais de exportación nuclear, que marcan a unha proteína para que sexa enviada fóra do núcleo. Tipos de sinais de localización nuclear
Sinais de localización nuclear clásicos
Os NLS clásicos poden clasificarse en monopartitos e bipartitos. Os primeiros NLS que se descubriron foron as secuencias Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val no antíxeno T grande de SV40 (un NLS monopartito). O NLS da nucleoplasmina, Lys-Arg-[Pro-Ala-Ala-Thr-Lys-Lys-Ala-Gly-Glu-Ala]-Lys-Lys-Lys-Lys, é o prototipo do ubicuo sinal bipartito, formado por dous grupos de aminoácidos básicos separados por un espazador de aproximadamente 10 aminoácidos. Ambos os sinais son recoñecidos pola importina α. A importina α contén ela mesma un NLS bipartito, o cal é especificamente recoñecido pola importina β. Esta última é a que debe considerarse como o verdadeiro mediador da importación.
Chelsky et al. propuxeron a secuencia consenso Lys-Lys/Arg-X/Arg-X-Lys/Arg para os NLS monopartitos. Unha secuencia de Chelsky pode, por tanto, ser parte da zona final do agrupamento básico dun NLS bipartito. Makkerh et al. levaron a cabo estudos de mutaxénese comparativa nos sinais de localización nucleares do antíxeno T de SV40 (monopartito), C-myc (monopartito) e nucleoplasmina (bipartito), e demostraron a existencia de características aminoacídicas comúns aos tres. Demostrouse por primeira vez o papel xogado polos aminoácidos neutros e ácidos en contribuír á eficiencia do NLS.
Sinais de localización nuclear non clásicos
Hai moitos outros tipos de NLS, como o dominio ácido M9 da hnRNP A1 (ribonucleoproteína heteroxénea nuclear A1), a secuencia KIPIK do represor de transcrición Matα2 de lévedos, e os complexos sinais das snRNP U (ribonucleoproteína nuclear pequena U). A maioría destes NLS parecen ser recoñecidos directamente por receptores específicos da familia da importina β sen a intervención dunha proteína similar á importina α.
Un sinal que pearece ser específico das proteínas ribosómicas, que son producidas e transportadas masivamente, parece estar nun conxunto especializado de receptores de importación nucleares similares á importina β.
Recentemente Lee et al. propuxeron a existencia dunha nova clase de NLS chamados PY-NLS. Este motivo PY-NLS, chamado así a causa do emparellamento de aminoácidos prolina-tirosina que ten, permite á proteína unirse á importina β2 (tamén coñecida como transportina ou carioferina β2), a cal despois traslada a proteína a transportar ao núcleo. A base estrutural para a unión do PY-NLS contido na importina β2 xa foi determinada e foi designado un inhibidor de importación. Descubrimento dos sinais de localización nuclear
A presenza dunha membrana nuclear que encerra o ADN da célula é a característica distintiva das células eucarióticas. A membrana nuclear separa os procesos nucleares da replicación do ADN e da transcrición do ARN dos procesos citoplásmicos da produción de proteínas. As proteínas que son necesarias no núcleo deben ser enviadas alí dalgunha maneira. O primeiro exame experimental da capacidade das proteínas nucleares de acumularse no núcleo realizouno John Gurdon cando demostrou que proteínas nucleares purificadas se acumulaban no núcleo de oocitos do anfibio Xenopus despois de seren microinxectadas no citoplasma. Estes experimentos eran parte dunha serie deles que despois levou ao estudo da reprogramación nuclear, moi importante na investigación con células troncais.
A presenza de varios millóns de complexos do poro na membrana nuclear do oocito e o feito de que os poros parecen deixar pasar moitas moléculas diferentes (insulina, seroalbumina bovina, nanopartículas de ouro) fixeron considerar os poros como canais abertos polos que as proteínas nucleares entraban libremente no núcleo, e estas debían despois acumularse nel uníndose ao ADN ou a algún outro compoñente nuclear. Noutras palabras, non se pensaba que houbera un mecanismo de transporte específico.
Dingwall e Laskey en 1982 demostraron que esta idea era incorrecta. Usando unha proteína chamada nucleoplasmina, a arquetípica "chaperona molecular", identificaron un dominio na proteína que actuaba como un sinal para a entrada no núcleo. Este traballo estimulou que se fixesen máis investigacións nese eido e dous anos máis tarde foi identificado o primeiro NLS no antíxeno T grande de SV40 (ou, abreviando, o NLS de SV40). Porén non puido identificarse un NLS funcional noutra proteína nuclear baseándose só na semellanza co NLS de SV40]. De feito só unha pequena porcentaxe das proteínas nucleares (non virais) da célula conteñen unha secuencia similar á do NLS de SV40. Un exame detallado da nucleoplasmina identificou unha secuencia con dous elementos composta por aminoácidos básicos separados por un brazo espazador. Un destes elementos era similar ao NLS de SV40 pero non podía dirixir a proteína ao núcleo celular cando se unía a unha proteína retransportadora non nuclear. Eran precisos ambos os elementos. Este tipo de NLS acabou coñecéndose como o NLS clásico bipartito. O NLS bipartito sábese que é un dos tipos principais de NLS atopados nas proteínas nucleares celulares e análises estruturais revelaron como unha proteína receptora (importina α) recoñece o sinal. Tamén se coñece a base estrutural dalgúns NLS monopartitos.
Agora coñécense moitos dos detalles moleculares da importación das proteínas nucleares. Isto foi posible grazas á demostración de que a importación de proteínas nucleares é un proceso en dous pasos; a proteína nuclear únese ao complexo do poro nuclear nun proceso que non require enerxía. Isto vai seguido da translocación dependente de enerxía da proteína a través do canal do complexo do poro. Establecer a existencia de dous pasos distintos neste proceso, permitiu a posibilidade de identificar os factores implicados e isto levou á identificación da familia de receptores do NLS da importina e a GTPase Ran. Mecanismo da importación nuclear
As proteínas entran no núcleo a través da envoltura nuclear. A envoltura nuclear consta de dúas membranas concéntricas, chamadas externa e interna. A envoltura contén poros formados por grandes complexos proteicos, que son as entradas ao núcleo.
Unha proteína que foi traducida cun sinal de localización nuclear unirase firmemente a unha importina (tamén chamada carioferina) formando un complexo, e xuntas, pasan a través do poro nuclear. Nese momento, a Ran-GTP únese ao complexo importina-proteína, e a unión da Ran causa que a importina perda afinidade pola proteína. A proteína libérase no núcleo, e agora o complexo Ran-GTP/importina regresará ao citoplasma pasando a través dos poros nucleares. Unha vez alí unha proteína activadora da GTPase citoplasmática (GAP) hidroliza a Ran-GTP a GDP, e isto orixina un cambio conformacional na Ran, que reducirá a súa afinidade pola importina. A importina queda libre no citoplasma e a Ran-GDP torna ao núcleo onde un factor de cambio do nucleótido guanina (GEF) cambia o seu GDP por GTP, deixándoa preparada para un novo ciclo de transporte.
Un sinal de exportación nuclear (NES) pode destinar unha proteína a ser exportada fóra do núcleo.