文摘
核质大分子的穿梭是一个控制过程涉及importins和能。这些karyopherins识别和结合受体介导细胞内信号通过特定的信号序列,存在货物运输的蛋白质和细胞核通过核孔复合物。核本地化信号(NLS)出现在货物进口,而核出口信号分子(NES)识别的分子出口importins和能分别。经典的NLS发现在许多转录因子和分子参与了过敏性疾病的发病机理。此外,一些免疫调节剂,包括糖皮质激素和维生素D,引起他们的表达和活性的输入蛋白α细胞反应的调节分子。在这篇文献回顾中,我们提供一个详尽的列表importin间分子和他们的穿梭于细胞质和细胞核的特定货物。我们也作用和监管的具体输入蛋白α批判性审查和间参与运输的激活转录因子在变应性疾病,潜在的分子机制,以及潜在的目标站点发展更好的治疗方法。
1。介绍
细胞质和细胞核之间的走私分子在真核生物是由核孔复合物(npc或nucleoporins),圆柱结构包含大约100个不同的多肽和嵌入在核膜的双层膜。双向运动的调节细胞内的分子交换的关键分子的信号转导过程的核和精确控制以及基因表达、细胞周期进展,和其他细胞反应。一般,分子38-50 kDa的大小可以通过核孔复合物被动扩散。然而,分子大于50 kDa需要机械,移动目标受体称为karyopherins识别和结合受体介导细胞内信号通过特定的信号序列,存在基质蛋白。根据高分子的运动从细胞质到细胞质或细胞核核,这些karyopherins目标包含核本地化的基质信号(NLS)或核出口信号(NES)。经典的氨基酸序列在NLS PKKKRRV介导核易位的大分子从细胞质中1]。核出口信号(NES)通常包含LQLPPLERLTL序列,它指导蛋白质离开核(2]。
第一个传统NLS认可一个适配器蛋白质,importin -α(也称为karyopherin -α),作为NLS受体。importin -α与importinβ(也称为karyopherin -β),它介导nucleoporins对接的过程。蛋白质包含NLS运送核通过输入蛋白α通过人大α/βheterodimeric复杂。通过全国人大的易位substrate-receptor复杂需要能量由低分子量ras家族GTPase,跑,存在于细胞核中。易位后核,importin heterodimeric复杂的解离Ran-GTP的行动,即importin -α和底物进入核浆而输入蛋白α和积累β结合Ran-GTP和积累在全国人大2]。因此,进口蛋白质基质绑定到NLS受体细胞质中不需要Ran-GTP。然而,蛋白质基质的释放在细胞核取决于Ran-GTP绑定到复杂。最后,importinα/β返回到细胞质中额外的蛋白质分子导入核(图1)。
核出口的蛋白质发生了能通过NES以类似的方式,同源importin -β。然而,这需要Ran-GTP protein-NES-exportin复杂的绑定。细胞质中后,RanGTP RanGDP,跑GTPase-activating蛋白质的水解发生,导致分离间复杂的蛋白质。蛋白质进行的方向一般是由跑的梯度GTPase因为大多数RanGDP Ran-GTPase-activating蛋白质在细胞质中,而Ran-GTP和Ran-guanine核苷酸交换因素(Ran-GEF)主要存在于细胞核3]。
人类importins和能分为四个亚科。第一家庭是importinα由importin Pα1 (4),第二个家庭是importinα问,包括importinsα3和α4 (5),第三个家庭是importinα年代包括importinsα5,α6,α7 (5- - - - - -7第四个家庭是输入蛋白α],β,由importinsβ1,β2,β3、importins 7、8和12,能1、5和6,间t [8]。然而,很少有人类importin /间分子还没有被分为一个亚科。这些是importins 4、9、11和13日数学2,能4和7。不同的亚科成员分享50%左右序列的身份。亚科中的相似性序列在85%左右。尽管这些序列中的细微差别,他们拥有类似的模式识别的NLS关于货物的蛋白质。然而许多研究提供的实验证据是事实,不同输入蛋白α验证/间分子具有不同属性的特定货物的NLS蛋白质相互作用[6,9,10]。全面总结人类importins和能连同他们另类的名字,短名称和NCBI的基因符号(国家生物技术信息中心)提供的表1。也有非传统型核运输机制不同于经典的概念导入蛋白质负责进口核通过直接绑定到特定的输入蛋白α分子β1从importin同系物β家庭。
Karyopherins识别各种货物分子和结合他们与NLS交互或NES出现在货物分子。然而,每个货物的特异性importins或能将取决于importin-cargo分子的结构和直接交互。在表2货物的摘要,直接绑定到importins和能提供。
2。分子参与免疫反应过敏
炎症是过敏性疾病的标志,包括哮喘、过敏性鼻炎、过敏性皮炎。在大多数的过敏疾病,主要表现为炎症Th2淋巴细胞的优势和具体Th2细胞因子的细胞反应,il - 4, IL-5 IL-9, IL-13。IgM分泌的il - 4调节类切换浆细胞对过敏原特定的IgE, IL-5是一个主要的细胞因子参与的嗜酸性粒细胞的炎症反应,和IL-13部分参与class-switching事件和杯状细胞增生,粘液中扮演着重要角色的生产(11]。IL-9最初描述作为早期的生长因子和肥大细胞释放许多细胞类型,包括Th2细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞和中性粒细胞。起始IL-9可以诱导多种影响,恶化,维护过敏性气道炎症和气道重塑(图2)。
过敏性呼吸道疾病患者有偏见向Th2免疫反应表型,对比的健康个体的宿主防御机制在Th1、Th2表型之间保持平衡。Th2细胞的分化是由锌指转录因子GATA-3,建议在调停GATA-3过敏免疫反应的一个关键角色(12]。有关键作用的支气管平滑肌细胞在气道炎症的发病机制13]。支气管平滑肌质量的增加气道管腔缩小,进而阻碍气流。有大量的炎性细胞因子分泌等支气管平滑肌肿瘤坏死因子-α、il - 6、IL-17引发,il - 1β。事实上,几乎每一个结构细胞在肺,包括上皮细胞和细胞渗透,成为在过敏免疫反应激活。因此,气道炎症,由于各种细胞因子和介质的影响发布的肺细胞,是一种过敏性疾病的标志。
转录、翻译、和释放的细胞因子在过敏反应取决于特定的信号,激活细胞内激酶,转录因子存在于细胞质中(图2)。STAT6诱导Th2细胞因子的表达是至关重要的,开始过敏免疫反应在许多过敏性疾病(14,15]。激活NF -κB是一种转录因子,引发过敏性气道炎症和气道高反应迅速诱导各种基因的表达在过敏性疾病的病理16]。然而随着AP-1,它可以进一步加强生产的促炎细胞因子如il - 1、TNF -α(17]。Th17细胞是另一个的子集T辅助细胞从幼稚T细胞分化的TGF -β,一个非常强大的炎性细胞因子il - 6,因诱导过敏性炎症性疾病的病理(18]。RORγt是一个转录因子通过信号转换器负责Th17细胞的分化和激活的转录3 (STAT3) rorγt通路。转录因子的激活和功能决定的命运T细胞分化和细胞因子分泌根据血统的T细胞。Th1细胞表达Th1主调节器,T-box转录因子(T-bet),通过STAT4或STAT1诱导产生的免疫信号通路(19]。Runx3是另一个由Th1细胞转录因子表达的调节。如果条件有利于Th1细胞的分化,Th2细胞的分化将会抑制。il - 4编码由T-bet和Runx3基因沉默20.),这表明针对il - 4信号的衰减过敏性气道炎症的治疗方法。另一方面,通过STAT6 Th2细胞分化伴随着il - 4,进而诱发GATA-3主调节器Th2细胞分化[21]。
各自的转录因子的激活是一个关键组件的感应或减轻过敏性炎症。负责诱导的转录因子或减少过敏炎症必须进入靶细胞的细胞核和绑定到特定响应元素来展示他们的功能作用。小分子到~ 40 kDa可以很容易地通过核孔复合体扩散,而更大的分子需要帮助进出口分子通过核膜。进出口机械负责易位由importins和能等。角色的具体输入蛋白α在下一节中,或间分子的运输将讨论特定的转录因子参与过敏性炎症。
3所示。Importins /效果能在关键转录因子参与过敏性炎症Rel或NF -κB
因为importins和能起到至关重要的作用在运输大分子的细胞核,其监管在细胞反应(图是至关重要的3)。Rel / NF -κB p50 / p65积极参与细胞分化、宿主免疫反应和在许多炎性细胞因子的转录22]。Rel / NF -κB激活是至关重要的诱导和过敏性气道炎症的刺激。实际上,增加Rel / NF -激活的激活κB被发现在免疫细胞和肺的结构细胞在哮喘受试者(23,24]。肿瘤坏死因子-α、IL-17和il - 1β是至关重要的促炎细胞因子分泌许多细胞在气道过敏性气道炎症和激活NF -κB (24]。处于潜伏状态,Rel / NF -κB仍然在非活动状态包裹着我κ在胞质B-IKK复杂。IKK复杂的由三个不同的亚基组成:IKKα和IKKβ催化亚基、IKKγ(也称为NEMO)作为调节亚基支架和整合上游信号激活催化亚基。一旦发出,IKK复杂被激活,导致IKK的磷酸化β。这导致我的泛素化κBα其次是26 s蛋白酶体降解。这个版本Rel / NF -κB二聚体主要包含p50-p65子单元进入细胞核和激活目标基因的表达。由于大尺寸的Rel / NF -κ二聚体,引发的易位事件importins(图3)。NF -κB亚基p50 RelA包含经典核本地化后信号暴露了我的泛素化和退化κBα核通过输入蛋白α之前他们的易位α/β异质二聚体(25]。
Fagerlund和他的同事在他们的研究提出了强有力的证据表明importinsα3和α4负责TNF的易位α子单元的NF -刺激活跃κB从细胞质细胞核25),随后出口回细胞质间的支持下,CRM1(染色体区域维护1)(26,27]。这一间与karyopherin序列相似性β1、与nucleoporin Nup214和出口NF -κB到细胞质中,从而抑制其在细胞核中积累。因此,importinα3和importinα4一起CRM1 karyopherins参与至关重要的进出口NF -κB在核质易位在过敏性气道炎症(图3)。
最近,几个分子已确定这可能有重大影响CRM1-dependent NF -出口κNF - B和保留κB在细胞核中。这些分子包括prohibitin [11,27,28],HSCARG [29日),聚(ADP-ribose) polymerase-1 [30.),热休克蛋白72 (Hsp72) [31日]。然而,额外的潜在存在内源性介质自然防御机制,以应对NF -κB活动不能排除。这些分子的潜在机制影响进口核质穿梭的NF -κB尚不清楚,需要进一步调查。尽管如此,有可能开发新的疗法在控制过敏炎症和过敏性疾病的治疗将增加NF -的活动κB。
4所示。AP-1
激活蛋白1 (AP-1)是另一个起着关键作用的转录因子诱导的细胞分化、基因表达和细胞凋亡。活跃AP-1增强促炎细胞因子的分泌,包括TNF -α和il - 1。为了应对过敏炎症介质,AP-1和NF -κB被激活,这些转录因子可以协同诱导转录和一代的炎症介质引起过敏和自身免疫性疾病。AP-1主要包括两个部分,c-jun c-fos,主动AP-1由为或异质二聚体亚基(32]。为或异质二聚体激活核主要通过输入蛋白αAP-1进入β1识别单元的AP-1 importin -α独立的方式(图3)。事实上,Importinβ1结合AP-1子单元,小君和安全系数,较高的亲和力比importin -α(33]。因此,结合输入蛋白α通过控制β1的核易位AP-1可能监管和因此可能是有用的在变应性疾病炎症的衰减。
在人类细胞中没有报道关于AP-1的出口。然而,在人们已经发现,酵母β-karyopherin-like核出口国,Crm1p、识别和结合的核出口序列AP-1 RanGTP的存在,和这个过程被氧化34]。
5。GATA-3
GATA-3是一种转录因子,介导Th2细胞的分化和增殖35]。Th2细胞因子il - 4, IL-5、IL-9 IL-13,主要是受GATA-3和批判性参与过敏性气道炎症的发病机制。il - 4和IL-13主要负责诱导抗原特异性IgE IL-5参与的嗜酸性粒细胞的炎症反应。GATA-3扮演关键的角色调停过敏性疾病,如过敏性鼻炎、哮喘、过敏性皮肤炎,因此是一个关键的目标在发展中更好的治疗方法。的确,GATA-3的击倒在活的有机体内和在体外条件减少Th2细胞因子,导致抑制过敏性炎症(36,37]。GATA-3包含一个经典核进口importin公认的信号α从而把原子核(37]。删除该地区,这是至关重要的NLS AP-1和输入蛋白α的交互α阻碍核易位激活AP-1 [38]。p38 MAPK-mediated丝氨酸磷酸化在GATA-3至关重要核后从细胞质进口GATA-3与importin交互α(37]。到达在细胞核,GATA-3结合Th2细胞因子的反应元件在启动子区域,增加他们的基因表达,从而刺激IgE类切换il - 4和IL-13增加产量,并诱发的嗜酸性粒细胞的炎症反应(图3)。
内源性抑制剂,MAPK phosphatase-1 (MKP-1),抑制p38 MAPK的磷酸化和激活(37]。的抑制p38-MAPK Th2细胞因子的差别导致了对这些39]。importin之间的交互α和NLS GATA-3影响由于p38 MAPK的抑制,导致核易位的衰减的GATA-3细胞质(图3)。这反过来的差别导致了对这些Th2细胞因子和减少过敏性气道炎症。动物研究的结果也支持这一事实p38 MAPK的磷酸化的抑制导致减少过敏性气道炎症。这是进一步支持发现p38 MAPK的镇压活动减少嗜酸性炎症小鼠和豚鼠暴露于卵子(40]。小鼠致敏和挑战与卵子与SB239063雾化,p38 MAPK抑制剂的有效抑制剂,表明炎症减少嗜酸性和减毒和粘液气道高反应生产,il - 4的差别,对这些IL-5, IL-13在支气管肺泡灌洗液。这些发现表明,GATA-3通过核基因importin进口管制α。因此,潜在的importin抑制剂α绑定的NLS GATA-3治疗有用在调节过敏炎症。
没有数据可以在这次的出口GATA-3核胞浆。但是,不能排除CRM-1的潜在作用。
6。STAT6、STAT1和STAT2
Th2细胞因子,il - 4或IL-13,激活信号传感器和激活的转录(STAT) 6受体IL-4R绑定α传递JAK1和JAK3,进一步激活STAT6经典途径。STAT6关键作用的IgE类开关,Th2细胞分化,il - 4介导的反应是支持的事实,这样的影响是大大受损STAT6基因敲除小鼠(41]。STAT6,酪氨酸磷酸化,激活核通过输入蛋白α和把α-importinβ1受体(图3)。STAT6也拥有importins的结合位点α3和α6 (42]。人们很少知道STAT6复杂的晶体结构;然而,在文献中数据表明,它可以由针对importins负责易位到细胞核。这表明一个重要的角色的抑制或下调importins缓解过敏性疾病。
STAT1和STAT2都是激活的I型干扰素,干扰素-α干扰素-β和干扰素-ω。STAT1和STAT2精氨酸/ lysine-rich核本地化的信号。tyrosine-phosphorylation酪氨酸- 701和酪氨酸- 69 STAT1和STAT2分别STAT1-STAT2二聚作用的结果,这种异质二聚体把原子核。的NLS STAT1-STAT2异质二聚体是两个importin认可和结合α5分子负责向核易位(图3)[43]。
7所示。STAT3, RORγt, Smad3
促炎细胞因子il - 6,负责区分Th0细胞致病Th17细胞,激活STAT3转录因子。STAT3还负责Th17细胞分化。它结合importinα3和importinα6,并积极运入核的帮助下这些karyopherins44]。它也表明,核酪氨酸磷酸化STAT3发生独立的进口。根据另一项研究中,它已被证明为importin结合位点α5和importinα7;然而,importinα7间弱相互STAT3 (45)(图3)。
il - 6和TGF -β导致诱导ROR的表达γt(转录因子,Th17细胞的起始和生存所需)。除了我们的知识的参与调停过敏免疫疾病,没有关于其核与胞质运动的信息。然而,没有karyopherin-recognizable核本地化出现在ROR序列γt (46,47]。因此,ROR的易位γt从细胞质到原子核是由S6K2, S6K1核相对应,由PI3 K-Akt-mTORC1诱导轴(47]。古典NLS S6K2拥有功能糖基。它结合RORγt,然后从细胞质到细胞核。自从PI3 K-Akt-mTORC1轴抑制Gfi1表达积极调节Th17细胞分化,增强了负责核易位ROR S6K2表达式γt, PI3K-Akt-mTORC1 axis-S6K2是一种新型的目标限制致病性分化的Th17细胞分化,因此可能是一个有用的控制过敏炎症的治疗方法。
Smad3被激活以应对TGF -β,这不仅是一个关键因素参与ROR的表达γt和Th17细胞的分化,而且关键的决议阶段诱导纤维化炎症的过敏反应。两个importinβ和importin 7中被利用的运输激活Smad3从细胞质核(48,49)(图3)。
8。过敏免疫调节Importins和能
最近,我们发现,维生素D降低气道高反应性和过敏性气道炎症通过其受体VDR(维生素D受体),表达下调importinα3 ovalbumin-sensitized和挑战的老鼠11]。虽然有几种机制提出了文献中关于维生素D的有益作用在缓解过敏免疫反应,其中一个潜在的目标是importins [50]。骨化三醇,维生素D的活性形式,刺激VDR并发挥其有益效果通过抑制细胞生长,细胞增殖和细胞分化,免疫调节。VDR与响应元素原子核和互动改变了随后的目标基因的转录在生物反应。我们还发现维生素D可以减少过敏反应通过增加prohibitin蛋白表达的调节分子的活性importins及其绑定炎症转录因子(51]。
Prohibitin (PHB)是一种蛋白质,它是无所不在地表达在细胞和线粒体膜和细胞核。它是一种多功能蛋白,参与各种监管职能如增殖、分化、凋亡,转录和蛋白质折叠52]。PHB的表达减少炎症条件下组织,包括炎症性肠病和气道炎症,建议其潜在作用抗炎基因(53]。超表达和/或恢复的PHB在肠道上皮细胞表达下调importinα3、一个importin参与NF -κB核易位(27]。最近,在两在体外和在活的有机体内的差别情况,我们发现对这些importinα3 mRNA和蛋白水平prohibitin回应calcitriol-activated VDR的激活11,34]。维生素d缺乏的小鼠过敏性哮喘有显著减少prohibitin由于upregulation importinα3,从而增加激活NF -的易位κB从细胞质到细胞核。在维生素D-sufficient和维生素D-supplemented老鼠,VDR隔间保持不变保持足够的prohibitin水平控制细胞的活动。这种调节importinα3-mediated核易位NF -κB,从而减少过敏性气道炎症和气道高反应性,以应对过敏原挑战乙酰老鼠(11]。因此,在炎症条件下,表达一种或两种VDR的降低和PHB导致importin的增加α3表达及其活动,导致过敏性炎症反应的夸张。
糖皮质激素是有效的抗炎药物和规范一些转录因子的活动参与过敏性炎症(54]。虽然可能会有一些潜在的机制糖皮质激素的抗炎作用,主要影响之一是抑制核易位激活转录因子,包括GATA-3和NF -κB(图4)。糖皮质激素是高效抑制Th2细胞因子在过敏性哮喘患者的气道。糖皮质激素的抗炎效应对通过绑定到胞液糖皮质激素受体(GR)。后与他们的受体相互作用,corticosteroid-GR复杂把细胞核从细胞质中绑定到它们steroid-sensitive基因的启动子区域包含糖皮质激素的反应元素(格蕾丝)。活化的糖皮质激素受体抑制炎症行动所NF -κB通过互动共激活剂分子。这是通过抑制NF -核易位κB通过上调内源性调控分子,包括prohibitin,或通过诱导更多的抑制子单元,我κNF - Bκ细胞质中的B,保持不活跃(图4)。
发挥抗炎作用的重大事件是通过核易位corticosteroid-GR复杂的调节。负责核的核转位信号传输和保留激活GR NL1 NL2, NL1哪里相似序列的NL2猴病毒40和GR是定义糟糕的55,56]。这些核本地化信号存在importins(图4)。此外,他们的核出口由染色体区域维护(CRM-1)通路。
发现了几个importins参与核易位corticosteroid-GR复杂的。NL1 importin GR结合α并负责进口糖皮质激素进入细胞核。此外,其他参与核易位importins corticosteroid-GR复杂的包括importin 7, importin 8, importin 13 (29日,48,57,58]。然而,是否NLS1序列,这些importins绑定,是相同的或不同的不是很清楚55]尽管NLS1和NLS2 GR的存在及其绑定importin-7已经发现在细胞相同,暗示的重要角色易位的nls GR成核(55]。Importinβ绑定的GR输入蛋白α刺激α,无论是参与易位GR成核定义得很糟糕。
最近,学者和他的同事们(58肖)证实了早些时候的发现等。48]importin 7至关重要的易位的糖皮质激素受体细胞质细胞核(图4)。同时,代数余子式的输入蛋白α的表达7复杂,RanGTP,减少氧化应激激素不敏感期间,如过氧化氢的存在所示(58]。7相关的损失程度输入蛋白α有趣的是,与GR减少核易位和糖皮质激素不敏感(58]。在一些情况下严重的哮喘和慢性阻塞性肺疾病(COPD),糖皮质激素不是非常有效(59]。在慢性炎症生物标记物的氧化应激等氧化剂过氧化氢和8-isoprostane调节,从而加重了炎症。这种不受控制的氧化应激导致糖皮质激素不敏感的生物系统(60]。importin 7的表达下降可以击倒在人类巨噬细胞糖皮质激素受体细胞的保护作用,这可能在运输的关键角色输入蛋白α支持7从胞浆GR核(58]。然而,是否严重的哮喘和慢性阻塞性肺病患者糖皮质激素不敏感的缺陷输入蛋白α定于7不知道过敏,需要进一步研究。
类固醇诱导性Th2反应抑制的机制之一可能是由于GR和GATA-3绑定到importin之间的竞争α因为GR和这个karyopherin GATA-3利用。Maneechotesuwan et al。60)报道,fluticasone合成类固醇,要么在体外条件或在吸入导致核运输GATA-3抑制人类T淋巴细胞。互动GR和输入蛋白α在这项研究中,-α被发现是非常有效的fluticasone即使在低浓度。有一个减少GATA-3-importinα复杂和GR-importin——的增加α交互时fluticasone被哮喘病人吸入(60]。
原子核由输入蛋白αGR也可以带进7和importin 13 (55,58,59)(图4)。自NF -κB和AP-1活动也可以被GR, GR可能有一个更高的亲和力比炎症karyopherins GR转录因子和/或激活诱导内源性抑制剂的生产importins参与炎症转录因子的易位。因此,任何缺陷在GR的激活或易位到原子核可以负责响应能力的缺乏或减少对皮质激素的反应。另一方面,可能有变异的importins细胞核提高GR的条目,从而增强对糖皮质激素的反应。事实上,基因变异在importin 13已被发现与改进电脑20.(即。,decreased airway hyperresponsiveness) to methacholine in mild-to-moderate asthmatic children [61年]。因此,潜在的多态性在各种importins科目可以决定促炎和抗炎反应过敏。
9。杰出的问题和未来的发展方向
自核进出口的蛋白质发生在高度系统化和有组织的方式,关键是精确的调节机制的输入蛋白α理解和间分子对其合成和功能。这将协助针对特定网站,以便更好的治疗方法的发展在变应性疾病(图5)。因为几个importin分子特异性的自然界中,对手或抗体针对特定importin可能不会在临床上被证明是有益的。然而,更多的知识关于招聘和激活的精确控制几个关键karyopherins可能有益的发展更好的治疗方法。此外,进一步的研究对于内源性介质的缺失和存在调节karyopherins临床过敏条件将是有益的。潜在关键importin分子多态性和遗传变异和表观遗传控制karyopherins也敞开的领域进行进一步的调查(图5)。目前,没有研究核质穿梭Foxp3 T-bet,关键转录因子与过敏性疾病相关。总的来说,importins的潜在作用,能调节过敏免疫反应的确是迷人的和具有挑战性的,因此有必要进一步研究。
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利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
承认
这项工作是支持的研究资助R01AI075315, R01HL073349,和R01HL116042来自美国国立卫生研究院、美国、d . k . Agrawal。作者没有其他相关关系或财务参与任何组织或实体与金融的兴趣或金融冲突与本文所讨论的主题或材料除了这些披露。