• Импорт и экспорт белков являются регулируемыми процессами
• Ядерный транспорт используется клеткой для регуляции многих функций, включая прохождение по циклу и восприятие внешних сигналов
• Регуляцию ядерного транспорта можно проиллюстрировать на примере движения транскрипционного фактора NF-kB
Наличие у клеток эукариот ядерной оболочки создает такой уровень регуляции экспрессии генов и клеточного цикла, какой невозможен у прокариот. Как импорт, так и экспорт белка являются регулируемыми процессами. Существует много примеров, иллюстрирующих важность регулируемого ядерного транспорта для контроля транскрипции.
В ответ на стресс и сигналы, контролирующие рост, клетки регулируют движение транскрипционных факторов между ядром и цитоплазмой. Например, циркадные ритмы контролируются регулируемым ядерным транспортом транскрипционных факторов PER (period) и TIM (timeless). Также в прохождении клетки по циклу и ее реакции на внешние сигналы важную роль играет движение протеинкиназ и их регуляторов между ядром и цитоплазмой.
Поступление белков в ядро и выход из него может регулироваться на нескольких уровнях. Во-первых, способность карго взаимодействовать с транспортным рецептором может меняться при прямой модификации карго, за счет, например, фосфорилирования. Во-вторых, карго может закрепиться в каком-либо компартменте, и, таким образом, оказаться неспособным к дальнейшему транспорту. В-третьих, может меняться способность самой ЯПК к транспорту белков.
Многие ключевые аспекты регулируемого транспорта можно проиллюстрировать на примере транскрипционного фактора NF-kB. В ответ на сигналы различной природы фактор мигрирует из цитоплазмы в ядро и активирует транскрипцию многих генов, участвующих в иммунном ответе. Для того чтобы активация фактора NF-kB обеспечивалась только определенным сигналом, он связан с ингибиторным белком, находящимся в цитоплазме, который называется I-кВ (ингибитор кВ). Это взаимодействие не позволяет NLS NF-kB взаимодействовать с импортном а.
По получению клеткой сигнала активации NF-kB, происходит фосфорилирование и быстрая деградация I-кВ. При этом открывается NLS в NF-kB, происходит взаимодействие фактора с рецептором, и он поступает в ядро, где активирует транскрипцию гена-мишени.
Напротив, экспорт NF-kB происходит при необходимости прекращения транскрипции в определенный момент времени. Ингибитор кВ (I-кВ) содержит элементы NLS и NES и циркулирует между ядром и цитоплазмой. Вновь синтезированные молекулы I-кВ поступают в ядро, где связываются с NF-kB, и способствуют его выходу. Наряду с экранированием NLS в NF-kB, взаимодействие между NF-kB и 1-кВ экранирует NLS в I-кВ.
Поскольку NLS обоих белков оказываются экранированными, комплекс NF-kB и I-кВ остается в цитоплазме, что предотвращает дальнейшую NF-кВ-зависи-мую активацию транскрипции. Таким образом, путем регуляции входа транскрипционного фактора в ядро и выхода из него клетка контролирует реакцию на действие различных сигналов. Ответ развивается быстро, поскольку фосфорилирование I-кВ и транспорт NF-kB происходят в течение нескольких минут после получения клеткой сигнала. В то же время для образования нового активного фактора с участием транскрипции и трансляции требуется от 30 до 60 мин.
Вход и выход из ядра белка NF-kB является тонко регулируемым процессом.
Это достигается с помощью ковалентной модификации предсуществующего цитоплазматического белка заякоривания,
I-кВ, и синтеза его новых молекул, соответственно. Для простоты Ran не показана.