Адресование белков в ядра и митохондрии

Накопление конкретного белка в ядре включает в себя избирательное проникновение этого белка в ядро и избирательное удержание тех белков, которые вошли в ядро (Dingwall et al., 1982; Kalderon et al., 1984). Эти свойства определяются, очевидно, специфическими аминокислотными последовательностями в белке. В 1984 г. в ядерном белке была идентифицирована последовательность из семи аминокислот, которая могла изменить локализацию исходно цитоплазматического белка (Kalderon et al., 1984). Этим ядерным белком был Т-антиген вируса SV40. Известно, что при мутации в гене этого белка, приводящей к замене лизина в положении 128 на другие аминокислоты, данный белок остается в цитоплазме. Такое наблюдение свидетельствовало о том, что аминокислотная последовательность вокруг положения 128 является сигналом для ядерной локализации. Эту гипотезу проверили в прямом эксперименте, сконструировав рекомбинантную плазмиду, которая объединила почти весь ген для цитоплазматического фермента пируваткиназы и последовательность из 75 пар оснований, кодирующую аминокислоты 114-138 в Т-антигене вируса SV40.

Рекомбинантные плазмиды с помощью микроинъекций вводили в клетки культуры ткани. В некоторых случаях гибридный ген включался в хромосомы, транскрибировался и транслировался в белок, который состоял из пируваткиназы, присоединенной к 25 аминокислотам Т-антигена. При окраске этих клеток флуоресцирующими антителами к пируваткиназе этот белок обнаруживался в ядре (рис. 14.30,, 4). Уменьшение размеров последовательности из гена для Т-антигена позволило получить разные белки. Рис. 14.30 показывает, что за способность локализоваться в ядре отвечает последовательность с выраженными основными свойствами, состоящая из семи аминокислот: Про–Лиз–Лиз–Лиз–Apг–Лиз–Вал.

Это не означает, что каждый ядерный белок использует данную конкретную последовательность для своей локализации или что каждое ядро узнает этот аминокислотный сигнал. Разные ядерные белки имеют различные сигналы для узнавания ядер (Hall et al., 1984; Davey et al., 1985).

Адресование белка в митохондрии еще более усложнено, так как в самой митохондрии имеется четыре отдельных компартмента. Белок может быть направлен на внешнюю или внутреннюю митохондриальные мембраны, в пространство между мембранами или во внутримитохондриальный матрикс (рис. 14.31). В отличие от адресных последовательностей, направляющих белки в ядро, большинство митохондриальных белков направляются аминокислотными последовательностями, которые могут быть легко отделены от зрелого белка (аналогично сигнальным последовательностям для локализации белков в эндоплазматическом ретикулуме). Идентификация этих адресных последовательностей была осуществлена с помощью методик, сходных с теми, которые использовали для обнаружения ядерных сигнальных последовательностей (van Loon et al., 1986; Hurl, van Loon, 1986). Основным внутриклеточным адресным сигналом для митохондриальной локализации является относительно короткая

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

226 _____________ ГЛАВА 14 ___________________________________________________________________________

Рис. 14.30. Идентификация аминокислотной последовательности, которая направляет белок в ядро. 25 аминокислотных остатков, фланкирующих лизин-128 в Т-антигене вируса SV40(А), адресуют в ядро пируваткиназу. Выделенный на рисунке участок показывает ближайшие аминокислотные остатки. Б–И. Вариации в выделенной последовательности позволяют идентифицировать остатки, необходимые для накопления белка в ядрах. Фотографии показывают внутриклеточную локализацию для случаев З и И. (Из Kalderon et al., 1984.)

последовательность, состоящая из периодически расположенных основных аминокислот (конкретные длины и состав аминокислотных последовательностей у митохондриальных белков варьируют). Если эта последовательность находится в белке, то он не только направляется в митохондрии, но будет транслоцирован через обе мембраны в митохондриальный матрикс. Если между зрелым белком и адресующей в матрикс последовательностью лежит гидрофобный участок, то предполагается, что он блокирует перенос белка в матрикс. Это приведет к тому, что данный белок станет частью внутренней мембраны. Если зрелый белок легко отщепляется от этого гидрофобного участка, то он будет обнаруживаться в межмембранном пространстве (van Loon, Schatz, 1987).