[albert52]

Продолжим.

Белок Ran (родственный Ran или Ras-подобный ядерный) является единственным членом подсемейства Ran и наиболее распространенной малой ГТФазой в клетке. Как и другие малые GTPases, Ran действует как молекулярный переключатель, преобразуя между активной GTP-связанной и неактивной GDP-связанной конформациями. Однако Ran лишен мотива CAAX на своем С-конце, что является признаком других малых GTPases, которые обеспечивают локализацию на плазматической мембране и в основном перемещаются между ядром и цитоплазмой. Ran регулирует нуклео-цитоплазматический транспорт молекул через комплекс ядерных пор и контролирует развитие клеточного цикла посредством регуляции полимеризации микротрубочек и образования митотического веретена.

Комплекс ядерных пор (NPC) служит единственным двунаправленным шлюзом макромолекул в ядро ​​и из него. У человека каждый NPC состоит из ~1000 белковых субъединиц, называемых нуклеопоринами, и имеет общую молекулярную массу ~110 МДа, что делает NPC одним из крупнейших макромолекулярных ансамблей в клетках. NPC поддерживают целостность ядерного компартмента, предотвращая свободную диффузию макромолекул в ядро ​​или из него, но в отличие от большинства других мембранных переносчиков, NPC проводят грузы в их нативном состоянии. Это свойство позволяет макромолекулам действовать сразу после транспорта, например, во время передачи сигнала, чтобы активировать программу транскрипции.

NPC создает пассивный диффузионный барьер; макромолекулы размером менее 40 кДа могут пассивно диффундировать через диффузионный барьер, отдельные события диффузии происходят за доли секунды, а общий поток через отдельные NPC составляет от сотен до тысяч макромолекул в секунду. Отметим, что введение гидрофобных поверхностных остатков может позволить белкам, размер которых превышает предел, пассивно пересекать диффузионный барьер.

Нуклеоцитоплазматический транспорт большинства белков и некоторых клеточных РНК происходит Ran-зависимым образом. После образования в цитоплазме RanGDP быстро транспортируется в ядро ​​с помощью специального транспортера Ntf2, где он превращается в RanGTP под действием RCC1 , также также известного как RanGEF (фактор обмена нуклеотидов Ran Guanine). Таким образом, в клетке активно поддерживается градиент Ran, при этом уровень RanGTP в ядре примерно в 200 раз выше, чем в цитоплазме.
Грузы обычно обладают сигналами ядерной локализации (NLS) или сигналами ядерного экспорта (NES), которые распознаются членами семейства факторов ядерного транспорта кариоферин-β, хотя некоторые грузы также распознаются по их трехмерной (3D) складке или через адаптер-белки, такие как кариоферин-α. Отметим что кариоферины отвечают либо за ядерный импорт (импортины), либо за экспорт (экспортины); для экспорта требуется также белок XPO1. Селинексор — новый ингибитор XPO1, который ингибирует экспорт белков-супрессоров опухоли и мРНК онкобелков, что приводит к остановке клеточного цикла и апоптозу в раковых клетках; селинексор в настоящее время одобрен FDA для лечения множественной миеломы.

При ядерном импорте комплексы кариоферин-груз подвергаются разборке при встрече с ядерным RanGTP. Напротив, во время ядерного экспорта RanGTP является обязательным компонентом экспортно-компетентных комплексов, которые по прибытии в цитоплазму разбираются, когда они сталкиваются с цитоплазмоспецифичными Ran-связывающими белками ((RanBP) и RanGAP (Ran- активирующим белком), которые взаимодействуют, чтобы активировать GTPase Ran. Активация GTPase приводит к превращению RanGTP в RanGDP, тем самым замыкая цикл Ran.

Ran может свободно диффундировать внутри клетки, но поскольку RCC1 и RanGAP расположены в разных местах клетки, концентрация RanGTP и RanGDP также различается локально, создавая градиенты концентрации, которые действуют как сигналы для других клеточных процессов. RCC1 связан с хроматином и поэтому располагается внутри ядра. RanGAP в клетках млекопитающих модифицирован SUMO и прикрепляется к цитоплазматической стороне комплекса ядерных пор посредством взаимодействия с нуклеопорином RANBP2 (Nup358).
Это различие в расположении дополнительных белков в цикле Ran приводит к высокому соотношению RanGTP к RanGDP внутри ядра и обратно низкому отношению RanGTP к RanGDP вне ядра; существует также градиент самого белка с более высокой концентрацией Ran в ядре, чем в цитоплазме. Цитоплазматический RanGDP импортируется в ядро ​​небольшим белком NUTF2 (Nuclear Transport Factor 2.

Во время митоза микротрубочки собираются в митотическое веретено для правильного выравнивания хромосом и разделения на две дочерние клетки. Считается, что сродство RCC1 к хроматину делает возможным образование градиентов RanGTP-RanGDP даже в митотических клетках, в которых отсутствует географическое подразделение ядра и цитоплазмы. Современные модели сборки митотического веретена постулируют, что градиент Ran играет глобальную роль в пространственной организации митотического аппарата и что RanGTP также действует локально, регулируя активность факторов сборки веретена и других белков.

Во время интерфазы факторы сборки веретена (SAF) направляются в ядро ​​через NLS и комплекс импортин-α/β и активируются только после Ran-GTP диссоциации («облако» RanGTP вокруг хромосом). К диссоциации также причастен нацеливающий белок X2 (TPX2), который увеличивает зарождение микротрубочек вблизи хромосом. Мутации в RCC1 и RanBP1 вызывают нарушение или даже остановку клеточного цикла из-за смещения микротрубочек и нарушения сборки митотического веретена или неправильного выравнивания хромосом на веретене.

Взаимодействие импортина β-Ran GTP и белка ядерного митотического аппарата (NuMA) устанавливает связь между передачей сигналов Ran и функцией NuMA и демонстрирует, что импортины могут изолировать NuMA, предотвращая его взаимодействие с микротрубочками, за исключением областей высокие концентрации Ran GTP. При этом позиция веретена во время деления клеток животных зависит от закрепления кортикальных микротрубочек посредством динеина и гигантского спирального белка NuMA .