Nucleair Transport
Het onderscheidende kenmerk van eukaryote cellen is de segregatie van ribonucleïnezuur (RNA) synthese en desoxyribonucleïnezuur (DNA) replicatie in de kern, waardoor deze gescheiden blijft van de cytoplasmatische machinerie voor eiwitsynthese. Bijgevolg moeten boodschapper-RNA’s, ribosomale RNA’s, transfer-RNA’s en alle cytoplasmatische RNA’s van nucleaire oorsprong van de plaats van synthese in de kern naar hun uiteindelijke cytoplasmatische bestemming worden getransporteerd. Omgekeerd moeten alle nucleaire eiwitten vanuit het cytoplasma in de kern worden geïmporteerd.
Het verkeer van macromoleculen tussen de kern en het cytoplasma vindt plaats via nucleaire poriecomplexen (NPC’s). NPC’s zijn grote eiwitachtige structuren die waterige kanalen vormen door het omhulsel of membraan van de kern. NPC’s zijn samengesteld uit meervoudige kopieën van tot ongeveer vijftig eiwitten, nucleoporines genaamd, en bestaan uit drie structurele eenheden. Een ringvormig centraal raamwerk dat het centrale kanaal van de porie omgeeft, ligt ingeklemd tussen twee perifere structuren: de cytoplasmatische ring van waaruit acht cytoplasmatische fibrillen ontspringen, en de nucleaire rand die de kernkorf verankert.
Nucleair transport is afhankelijk van signalen voor import of export die deel uitmaken van de vervoerde moleculen. Deze signalen worden respectievelijk nucleaire lokalisatiesignalen (NLS’s) of nucleaire exportsignalen (NES’s) genoemd. In eiwitten zijn dit specifieke aminozuurreeksen. NLS’s of NES’s worden herkend en gebonden door oplosbare import- of exportreceptoren die pendelen tussen de kern en het cytoplasma. De interactie van de receptoren met hun ladingen (of substraten) kan direct zijn of worden gemedieerd door een extra adaptereiwit. Na binding koppelen de transportreceptoren hun ladingen aan het NPC en vergemakkelijken zij de translocatie over het centrale kanaal van de porie. Nadat hun ladingen zijn afgeleverd, worden de receptoren gerecycleerd om verdere transportrondes te initiëren. Volgens dit model bindt een exportreceptor (R) zijn substraat (S) in de kern en voert het door de NPC naar het cytoplasma. Aan de cytoplasmatische zijde komt de geëxporteerde lading vrij en keert de receptor zonder lading terug naar de kern. Omgekeerd bindt een importreceptor zijn importlading in het cytoplasma en geeft deze vrij in de kern.
De overgrote meerderheid van de nucleaire transportreceptoren zijn leden van een grote familie van eiwitten die een hoge affiniteit vertonen voor een klein GTPase, Ran genaamd, in de GTP gebonden vorm. GTP (guanosine trifosfaat) is een energiedragend molecuul dat gebruikt wordt bij celsignalering. Een GTPase zoals Ran kan GTP doen veranderen in GDP (guanosinedifosfaat), waardoor de eigenschappen van de GTPase veranderen. Het GTPase Ran regelt de interactie van de receptoren met hun ladingen.
Het GTPase werkt samen met verschillende cofactoren. De opvallende eigenschap van de Ran cofactoren is dat zij asymmetrisch gelokaliseerd zijn in de cel, waarbij sommige overwegend cytoplasmatisch zijn, terwijl andere overwegend in de kern worden aangetroffen. Deze asymmetrie helpt het tweerichtingsverkeer tussen kern en cytoplasma te regelen.
zie ook Membraantransport; Nucleotiden; Nucleus; Eiwit-targeting; RNA
Elisa Izaurralde
Bibliografie
Mattaj, I. W., en L. Englmeier. “Nucleocytoplasmatisch Transport: The Soluble Phase.” Annual Review of Biochemistry (1998) 67: 265-306.
Nakielny, S., and G. Dreyfuss. “Transport of Proteins and RNAs in and Out of the Nucleus. Cell (1999) 99: 677-690.