Publisher

National Public Health Institute

Tumakalvo erottaa eukaryoottisolun nukleoplasman sytoplasmasta. Tämän vuoksi kaikki sytoplasmassa tuotetut tumaproteiinit kuljetetaan tumakalvolla sijaitsevien tumahuokosten kautta sytoplasmasta tumaan. Tumakuljetus on aktiivinen tapahtuma, johon osallistuvat tumahuokosten proteiinit sekä erityiset kuljettajaproteiinit.

Tumalokalisaatiosignaalit (nuclear localization signals; NLSs) välittävät tumaan kuljetettavien proteiinien tunnistusta. NLS-signaalin tunnistaa a-importiini eli importiini alfa, joka on b-importiiniin sitoutuva NLS-reseptori. b-importiini on kuljetusproteiini, joka välittää tumaan kuljetettavan proteiinin ja a-importiinin muodostaman kompleksin sitoutumisen tumahuokoseen ja siirtymisen tumaan. Ihmisellä a-importiini-molekyylejä on tunnistettu kuusi erilaista alatyyppiä.

a-importiinin kolmiulotteinen rakenne, jossa
näkyy a-importiinin 10 Armadillo-toistojaksoa
(Protein Data Bank accesion number 1bk5).

Transkriptiotekijät ovat tärkeimpiä geenien ilmentymiseen vaikuttavia molekyylejä. Ne sitoutuvat tarkoin määrättyihin säätelyjaksoihin DNA-molekyylissä. Useat transkriptiotekijät, kuten sytokiinien indusoimat signal transducers and activators of transcription (STAT) ja nuclear factor kB (NF-kB), esiintyvät sytoplasmassa inaktiivisina. Aktivoiduttuaan ne kulkeutuvat nopeasti tumaan saaden aikaan muutoksia geenien ilmentymisessä. STAT- ja NF-kB-transkriptiotekijät ovat hyvin tärkeitä geenien toiminnan säätelijöitä mm. elimistön puolustusjärjestelmässä viruksia ja mikrobeja vastaan, solujen kehittymisessä ja erilaistumisessa sekä solukuoleman säätelyssä.

Olemme selvittäneet STAT- ja NF-kB-transkriptiotekijöiden tumakuljetusta. Olemme osoittaneet STAT1-homodimeerien ja STAT1/STAT2-heterodimeerien sitoutuvan suoraan a5-importiiniin epätavallisten, rakenteellisten NLS-signaalien välityksellä. a-importiinissa on kaksi aluetta, joiden on aiemmin osoitettu suoraan sitoutuvan tumaan kuljetettavien proteiinien NLS-signaalien aminohappoihin. Nämä alueet koostuvat a-importiinin N-terminaalisista Arm 2-4 -toistojaksoista, sekä C-terminaalisista Arm 7-8 -toistojaksoista. Olemme havainneet STAT1-homodimeerien ja STAT1/STAT2-heterodimeerien sitoutuvan a5-importiinin Arm 8 ja 9 -toistojaksoihin.

Tutkimuksemme on osoittanut kaikkien NF-kB-proteiinien sitoutuvan suoraan a-importiineihin NF-kB-proteiineissa olevien NLS-signaalien välityksellä. Mutaatioanalyysin avulla havaitsimme p50-proteiinin sitoutuvan a3-importiinin N-terminaaliseen Arm 3 -toistojaksoon ja p65-proteiinin C-terminaalisiin Arm 7 - ja Arm 8 -toistojaksoihin. Lisäksi olemme tunnistaneet RelB-proteiinista NLS-signaalin.

Olemme identifioineet aiemmin tuntemattomia STAT- ja NF-kB-transkriptiotekijöiden tumakuljetustapahtumia. Tutkimus syventää tietämystä molekylaarisista mekanismeista signaalinvälitysreiteissä, jotka välittävät STAT- ja NF-kB-transkriptiotekijöiden siirtymistä sytoplasmasta tumaan kohdegeenien säätelyalueille.

Nyt keskitymme tutkimaan influenssa A-viruksen proteiinien tumakuljetusmekanismeja.

		Yleiskuva NLS:n ( nuclear localization signal ) ja NES:n ( nuclear export signal ) välittämästä tumakuljetuksesta. A) Importiini a/b kuljettaa NLS:n sisältävän "kuormamolekyylin" sisään tumaan. B) Importiini a/b kuljetetaan takaisin solun sytoplasmaan. C) Crm1 kuljettaa NES:n sisältävän "kuormamolekyylin" ulos tumasta D) NTF2 ( nuclear transport factor 2) kuljettaa RanGDP:n sisään tumaan.

Tutkimusartikkelit ja opinnäyttet

Tutkimusartikkelit

Fagerlund, R., Melén, K., Cao, X. and Julkunen, I. NF-kB p52, RelB and c-Rel are transported into the nucleus via a subset of importin a molecules. Cellular Signalling, 2008; Apr 1. [Epub ahead of print].

Fagerlund, R.,Kinnunen, L., Köhler, M. Julkunen , and Melén, K. NF-kB is transported into the nucleus by importin a3 and importin a4. J Biol Chem. 2005; 280(16):15942-51.

Melén K, Fagerlund R, Nyqvist M, Keskinen P, Julkunen I. Expression of hepatitis C virus core protein inhibits interferon-induced nuclear import of STATs. J Med Virol. 2004; 73(4):536-47.

Melén, K., Fagerlund, R., Franke, J., Köhler, M., Kinnunnen, L. and Julkunen, I. Importin alpha nuclear localization signal binding sites for STAT1, STAT2, and influenza A virus nucleoprotein. J Biol Chem. 2003;278(30):28193-200.

Fagerlund, R., Melén, K., Kinnunnen, L. and Julkunen, I. Arginine/lysine-rich nuclear localization signals mediate interactions between dimeric STATs and importin a5. J Biol. Chem. 2002;277(33):30072-8.

Melén K, Kinnunen L, Julkunen I. Arginine/lysine-rich structural element is involved in interferon-induced nuclear import of STATs. J Biol Chem. 2001;276(19):16447-55.

Väitöskirjat

Riku Fagerlund: Nuclear import mechanisms of STAT and NF-kB transcription factors. Publications of the National Public Health Institute A 2 / 2008.