Abrir o menú principal
Protein KPNA1 PDB 2jdq.png
PDB 2jdq
Carioferina alfa 1
(importina alfa 1)
Identificadores
Símbolo KPNA1 ; IPOA5; NPI-1; RCH2; SRP1
Entrez 3836
OMIM 600686
RefSeq NP_002255
UniProt P52294
Outros datos
Locus Cr. 3 :(122.14 – 122.23 Mb)
Protein KPNB1 PDB 1f59.png
PDB 1f59
Carioferina beta 1
(importina beta 1)
Identificadores
Símbolo KPNB1 ; IMB1; IPO1; IPOB; Impnb; NTF97
Entrez 3837
OMIM 602738
RefSeq NP_001263382
UniProt Q14974
Outros datos
Locus Cr. 17 :(45.73 – 45.76 Mb)

A importina é un tipo de carioferina[1] que transporta moléculas de proteínas desde o citoplasma ao núcleo celular uníndose a unha secuencia de recoñecemento especial que teñen esas proteínas, que se chama sinal ou secuencia de localización nuclear (NLS).

Unha importina consta de dúas subunidades, a importina α e a β. Os membros da familia da importina-β poden unirse e transportar o cargamento por si soas, ou poden formar heterodímeros coa importina-α. Cando forman parte dun destes heterodímeros, as importinas-β median a interacción co complexo do poro nuclear, mentres que as importinas-α actúan como proteínas adaptadoras que se unen ao sinal de localización nuclear (NLS) do cargamento. O trímero NLS-Importina-α-Importina-β disóciase unha vez que se une á Ran-GTP dentro do núcleo,[2] e as dúas importinas son recicladas volvendo ao citoplasma para volver utilizarse.

DescubrimentoEditar

As importinas poden atoparse en forma de heterodímeros de importina-α/β ou como monómeros de importina-β. A importina-α foi illada por primeira vez en 1994 por un grupo no que estaba Enno Hartmann, no Max Delbrück Center for Molecular Medicine.[1] O proceso de importación de proteínas nucleares xa fora determinado en traballos previos,[3] pero as proteínas clave que estaban implicadas non foran dilucidadas ata ese momento. Purificouse dos ovos do anfibio Xenopus unha proteína de 60kDa citosólica, esencial para a importación de proteínas ao núcleo, que tiña un 44% de identidade de secuencia coa SRP1p. Foi clonado, secuenciado e expresado en E.coli, e para reconstruír completamente o transporte dependente de sinal tiveron que combinala con Ran(TC4). Neste estudo atopáronse tamén outros factores estimuladores claves.[1]

A importina-β, a diferenza da importina-α, non ten homólogos directos nos lévedos, pero purificouse neles unha proteína de 90-95kDa que formaba unh heterodímero coa importina-α en varios experimentos. Entre estes estaba un estudo liderado por Michael Rexach[4] e outros por Dirk Görlich.[5] Estes grupos atoparon que a importina-α require outra proteína, a importina-β, para funcionar, e que en conxunto forman unha molécula receptora para o sinal de localización nuclear (NLS) das proteínas a transportar, o que permite o seu transporte ao núcleo. Desde estes descubrimentos iniciais de 1994 e 1995, descubríronse un conxunto de xenes de importina, como IPO4 e IPO7, que facilitan a importación de proteínas lixeiramente distintas, debido á súa diferente estrutura e localización.

EstruturaEditar

Importina-αEditar

Unha gran proporción da proteína adaptadora importina-α está constituída por repeticións armadillo (ARM) dispostas en tándem. Estas repeticións poden poñerse unhas enriba das outras para formar unha estrutura curvada, que facilita a unión ao NLS de proteínas cargamento específicas. O maior sitio de unión ao NLS encóntrase cara ao extremo N-terminal, e hai un sitio menor no extremo C-terminal. Ademais das repeticións armadillo, a importina-α contén tamén unha rexión N-terminal de 90 aminoácidos, responsable da unión coa importina-β, chamada IBB (dominio de unión da importina-β , Importin-β binding). Este é tamén un sitio de autoinhibición, e está implicado na liberación do cargamento unha vez que a importina-α chega ao núcleo.[6]

Importina-βEditar

A importina-β ten a estrutura típica da gran superfamilia das carioferinas. A base desta estrutura son 18-20 repeticións en tándem do motivo HEAT. Cada unha destas repeticións contén dúas hélices alfa antiparelales unidas por un xiro, que se colocan unhas enriba das outras para formar a estrutura global da proteína.[7]

Para transportar o cargamento cara ao núcleo, a importina-β debe asociarse cun complexo do poro nuclear. Isto faino formando enlaces febles transitorios coas nucleoporinas do poro en varios motivos fenilalanina-glicina (FG ou Phe-Gly). As análises cristalográficas mostraron que estes motivos se unen á importina-β en petos hidrofóbicos pouco profundos que se encontran na súa superficie.[8]

Ciclo de importación de proteínas nuclearesEditar

A función primaria das importinas é mediar a translocación de proteínas con sinais de localización nuclear ao núcleo, atravesando os poros nucleares, nun proceso coñecido como ciclo de importación de proteínas nuclear.

Unión ao cargamentoEditar

O primeiro paso deste ciclo é a unión do cargamento. A importina pode realizar esta función en forma de importina-β monomérica, pero xeralmente require ademais a presenza da importina-α, que actúa como proteína adaptadora para as proteínas do cargamento (por medio de interactions co NLS). O NLS é unha secuencia de aminoácidos básicos que etiqueta a proteína como un cargamento que debe ser transportado ao núcleo. Unha proteína cargamento pode conter un ou dous destes motivos, que se unen aos sitios maior e/ou menor específicos para eles que ten a importina-α.[9]

 
O ciclo Ran-GTP para a importación de proteínas nucleares.

Transporte do cargamentoEditar

Unha vez que se une a proteína cargamento que debe ser transportada, a importina-β interacciona co complexo do poro nuclear, e o complexo formado pola importina e o cargamento difunde desde o citoplasma ao núcleo a través do poro. A taxa de difusión depende tanto da concentración da importina-α presente no citoplasma coma da afinidade da unión entre a importina-α e o cargamento. Unha vez dentro do núcleo, o complexo interacciona coa GTPase da familia Ras, Ran-GTP. Isto causa a disociación do complexo ao alterar a conformación da importina-β. A importina-β queda unida a Ran-GTP, e lista para ser reciclada.[9]

Liberación do cargamentoEditar

Agora que o complexo importina-α/cargamento está libre da importina-β, pode liberarse a proteína cargamento no núcleo. O dominio de unión á importina-β (IBB) N-terminal que ten a importina-α contén unha rexión auto-reguladora que imita o motivo NLS. A liberación da importina-β deixa libre esta rexión e permite que se curve e compita por unirse coa proteína cargamento no sitio maior de unión ao NLS. Esta competición fai que se libere a proteína. Nalgúns casos, poden empregarse factores de liberación específicos como Nup2 e Nup50 para axudar a esta liberación do cargamento.[9]

Reciclaxe de importinasEditar

Finalmente, para que a importina-α regrese ao citoplasma debe asociarse co complexo Ran-GTP/CAS (un factor de exportación nuclear), que facilita a súa saída do núcleo. A proteína CAS (cellular apoptosis susceptibility, susceptibilidade á apoptose celular) é un membro da superfamilia importina-β de carioferinas e é definida como un factor de exportación nuclear. A importina-β regresa ao citoplasma, aínda unida á Ran-GTP. Unha vez que está no citoplasma, a Ran-GTP é hidrolizada pola RanGAP, formando Ran-GDP, e liberando as dúas importinas, que poderán volver actuar. É esta hidrólise do GTP a que proporciona a enerxía necesaria para que funcione todo o ciclo. No núcleo, o factor GEF cargará Ran cunha molécula de GTP, que é despois hidrolizada pola GAP no citoplasma, como xa se mencionou. Esta actividade de Ran permite o transporte unidireccional das proteínas.[9]

Importinas e doenzasEditar

Hai varias doenzas e patoloxías que están asociadas con mutacións ou cambios na expresión das importinas-α e β.

As importinas son proteínas reguladoras vitais durante o proceso da gametoxénese e a embrioxénese. Como resultado, viuse que unha alteración nos patróns de expresión das importinas-α causa defectos na fertilidade da mosca Drosophila melanogaster.[10]

Hai tamén estudos que ligan a alteración da importina-α con algúns casos de cancro. Estudos do cancro de mama implicaron nel unha forma truncada da importina-α na cal falta o dominio de unión ao NLS.[11] Ademais, a importina-α transporta a proteína do xene supresor de tumores BRCA1 (proteína de susceptibilidade tipo 1 ao cancro de mama, breast cancer type 1), ao núcleo. A sobreexpreión da importina-α foi ligada a malas taxas de supervivencia en certos pacientes de melanoma.[12]

A actividade de importina está tamén asociada con algunhas patoloxías virais. Por exemplo, na vía de infección do virus Ebola, un paso clave é a inhibición da importación nuclear de PY-STAT1. Isto prodúcese porque o virus secuestra a importina-α no citoplasma, o que significa que xa non pode unirse ao seu cargamento no NLS.[13] Como resultado, a importina non pode funcionar e a proteína cargamento que debía ser transportada ao núcleo permanece no citoplasma.

Tipos de cargamentoEditar

Por medio das importinas poden transportarse ao núcleo cargamentos de proteínas moi diferentes. A miúdo, proteínas diferentes requirirán diferentes combinacións de &alfa; e β para poder translocarse. Algúns exemplos de diferentes cargamentos son os seguintes:

Cargamento Receptor de importación
SV40 Importina-β e importina-α
Nucleoplasmina Importina-β e importina-α
STAT1 Importina-β e NPI-1 (tipo de importina-α)
TFIIA Importina-α non requirida
U1A Importina-α non requirida

Xenes de importinas humanasEditar

Aínda que a importina-α e a importina-β se usan para describir as importinas en xeral, en realidade as importinas son unha gran familia de proteínas con moitos membros, que comparten unha estrutura e funcións similares. Identificáronse varios xenes para as importinas α e β, algúns dos cales se indican na lista seguinte. Nótese que a miúdo os nomes carioferina e importina se usan indistintamente.

NotasEditar

  1. 1,0 1,1 1,2 Görlich D, Prehn S, Laskey RA, Hartmann E (1994). "Isolation of a protein that is essential for the first step of nuclear protein import". Cell 79 (5): 767–78. PMID 8001116. doi:10.1016/0092-8674(94)90067-1. 
  2. Mattaj IW, Englmeier L (1998). "Nucleocytoplasmic transport: the soluble phase". Annu. Rev. Biochem. 67: 265–306. PMID 9759490. doi:10.1146/annurev.biochem.67.1.265. 
  3. Garcia Bustos J., Heitman J and Hall, M. (1991). "Nuclear Protein Localization". Biochim. Biophys. acta 1071: 83–101. 
  4. Enenkel C., Blobel G. and Rexach M. (1995). "Identification of a Yeast Karyopherin Heterodimer That Targets Import Substrate to Mammalian Nuclear Pore Complexes". J. Biol. Chem. 270: 16499–502. 
  5. Görlich D., Kostka S., Kraft R., Dingwall C., Laskey RA.; et al. (1995). "Two different subunits of importin cooperate to recognize nuclear localization signals and bind them to the nuclear envelope". Curr. Biol. 5: 383–92. 
  6. Conti E., Uy, M., Leighton L., Blobel G. and Kuriyan J, (1998). "Crystallographic analysis of the recognition of a nuclear localization signal by the nuclear import factor karyopherin alpha.". Cell 94: 193–204. 
  7. Lee SJ., Matsuura Y., Liu SM. and Stewart M. (2005). "Structural basis for nuclear import complex dissociation by RanGTP.". Nature 435: 693–6. doi:10.1038/nature03578. 
  8. Bayliss R., Littlewood T. and Stewart M. (2000). "Structural basis for the interaction between FxFG nucleoporin repeats and importin-beta in nuclear trafficking.". Cell 102: 99–108. 
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 Weis K. (1984). "Regulating access to the genome: nucleocytoplasmic transport throughout the cell cycle.". Cell 112: 441–51. 
  10. Terry LJ., Shows EB. and Wente SR. (2007). "Crossing the nuclear envelope: hierarchical regulation of nucleocytoplasmic transport.". Science 318: 1412–1416. doi:10.1126/science.1142204. 
  11. Kim IS., Kim DH., Han SM., Chin MU., Nam HJ., Cho HP., Choi SY., Song BJ., Kim ER., Bae YS.; et al. (2000). "Truncated form of importin alpha identified in breast cancer cell inhibits nuclear import of p53.". J Biol Chem 275: 23139–23145. doi:10.1074/jbc.M909256199. 
  12. Winnepenninckx V., Lazar V., Michiels S., Dessen P., Stas M., Alonso SR., Avril MF., Ortiz Romero PL., Robert T., Balacescu O.; et al. (2006). "Gene expression profiling of primary cutaneous melanoma and clinical outcome.". J Natl Cancer Inst 98: 472–482. doi:10.1093/jnci/djj103. 
  13. Sekimoto T., Imamoto N., Nakajima K., Hirano T. and Yoneda Y. (1997). "Extracellular signal-dependent nuclear import of Stat1 is mediated by nuclear pore-targeting complex formation with NPI-1, but not Rch1". EMBO J. 16: 7067–7077. doi:10.1093/emboj/16.23.7067. 

Véxase taménEditar