Ydinsytoplasminen kuljetus on solun ytimen ja solun sytoplasman välistä materiaalinvaihtoa, joka tapahtuu tuman huokosten kautta . Ydinsytoplasminen kuljetus voidaan jakaa kahteen luokkaan: aktiivinen kuljetus , joka vaatii energiaa sekä erityisiä reseptoriproteiineja ja kuljetustekijöitä, ja passiivinen kuljetus , joka etenee yksinkertaisella molekyylien diffuusiolla ytimen huokoskanavan läpi.
Pienet molekyylit ( ionit , metaboliitit , mononukleotidit jne.) pystyvät liikkumaan passiivisesti sytoplasman ja ytimen välillä diffuusion ansiosta [1] . Tuman huokosten johtavuus erikokoisille molekyyleille on erilainen: alle 15 kDa painava proteiini tunkeutuu ytimeen nopeammin kuin yli 30 kDa painava proteiini. Yli 40 kDa painavat proteiinimolekyylit eivät ilmeisesti pysty passiivisesti kulkemaan ydinhuokosten läpi ollenkaan. Kuitenkin jopa pienet proteiinit, jotka suorittavat tehtäviä ytimessä, kuten histonit , kuljetetaan sinne useimmissa tapauksissa yhdessä kuljettajaproteiinien kanssa, eikä passiivisesti [2] .
Paljon suuremmat molekyylit ja kokonaiset supramolekyyliset kompleksit voivat kulkea aktiivisen kuljetuksen läpi ydinhuokosten läpi. Siten jopa usean megadaltonin painoiset ribosomaaliset osahiukkaset kulkeutuvat ytimestä sytoplasmaan tuman huokosten kautta, eikä ole syytä olettaa, että kuljetusprosessiin liittyy näiden alipartikkelien osittainen hajoaminen. Aktiiviset kuljetusjärjestelmät tarjoavat koko makromolekyylin vaihdon ytimen ja sytoplasman välillä. Tumassa syntetisoidut RNA-molekyylit pääsevät sytoplasmaan huokosten kautta, ja tumaan pääsevät tuman aineenvaihduntaan osallistuvat proteiinit. Lisäksi joidenkin proteiinien täytyy päästä ytimeen konstitutiivisesti (esimerkiksi histonit ), kun taas toisten vasteena tietyille ärsykkeille (esimerkiksi transkriptiotekijät ).
Pienellä GTPaasi Ranilla, joka kuuluu Ras-tyyppisten GTPaasien perheeseen ja joka yhdistää kuljetuksen GTP -hydrolyysin kanssa, on keskeinen rooli proteiinien aktiivisessa tuma-sytoplasmisessa kuljetuksessa , mikä tekee prosessista peruuttamattoman (toimittaa sille energiaa). Ran voi kompleksoida GTP:n tai GDP :n kanssa . Kuten muut Ras-kaltaiset GTPaasit, Ran koostuu pienestä G-domeenista ja sisältää kaksi pintasilmukkaa, switch-I ja switch-II, jotka muuttavat konformaatiota sitoutuneen nukleotidin mukaan [2] . GTP:n varsinaisen hydrolyysin suorittaa suoraan Ran. Nukleotidinvaihtotekijä ( G TPase E exchange Factor , GEF) Ranille, kromatiinia sitovalle proteiinille RCC1, sijaitsee yksinomaan tumassa, ja GTPaasi-aktivaattorit (eng., GTPase Activation P - protein , GAP) RanGAP1 ja jotkut muut proteiinit ovat yksinomaan sytoplasmassa. Tämä epäsymmetrinen lokalisaatio johtaa gradientin muodostumiseen: Ranin GTP:hen sitoutunut muoto sijaitsee pääasiassa ytimessä, kun taas GDP:hen sitoutunut muoto on päinvastoin sytoplasmassa. Rania käytetään energian syöttämiseen sekä erilaisten substraattien tuonti- että vientiprosesseihin, ja koko järjestelmää kutsutaan Ran-sykliksi (englanniksi Ran-cycle). Ran-syklin tärkeimmät vaiheet ovat GTP:n hydrolyysi sytoplasmassa ja GDP:n vaihto GTP:ksi ytimessä.
Ydinproteiinit sisältävät erityisiä aminohapposekvenssejä, jotka vastaavat niiden lokalisoinnista tuman ja tuman lokalisaatiosignaaleissa ( N uclear L ocalization Signal , NLS ) . Tuman lokalisoinnin signaalit ovat paikkoja, joissa kuljetustekijät tunnistavat molekyylin - transportiinit (karyoferiinit), jotka siirtävät substraattiproteiinin ytimeen. Yksi ensimmäisistä löydetyistä oli ns. klassinen tai perusytimen lokalisaatiosignaali (cNLS). Se on yksi tai kaksi ryhmää positiivisesti varautuneita aminohappotähteitä ( arginiini ja lysiini ), ja karyoferiinit-α tunnistaa sen [1] . Proteiinin translokaatioon tumaan, toisin kuin translokaatioon mitokondrioihin ja endoplasmiseen retikulumiin , ei liity tämän signaalisekvenssin katkaisua ja polypeptidiketjun laskostumista. Substraatin sitoutumisen lisäksi transportiinit ja niiden kompleksit pystyvät ankkuroimaan ytimen huokosiin ja sitomaan Rania.
Tarkastellaan substraatin ytimeen pääsyn mekanismia käyttämällä esimerkkiä NLS-pitoisten proteiinien tuonnista. Kuljetuksen ensimmäinen vaihe on substraatin tunnistaminen transportiinien toimesta, tässä tapauksessa importiini-α / β -kompleksin avulla (ytimeen kuljetukseen osallistuvia transportiineja kutsutaan importiineiksi ja ytimestä eksportiineiksi ). Sitten muodostunut kompleksi kiinnittyy ydinhuokosen proteiineihin sytoplasmapuolelta ja siirtyy kanavan kautta ytimeen, jossa Ran-GTP sitoutuu siihen, mikä aiheuttaa kompleksin dissosioitumisen ja lastin vapautumisen. Sen jälkeen Ran-GTP:n kanssa kompleksissa olevat importiinit lähetetään takaisin sytoplasmaan, jossa Ran hydrolysoi GTP:tä RanGAP1:n vaikutuksesta (GTP => GDP + PO 4 3- ). Ran-GDP-importiini α/β -kompleksi on epästabiili ja dissosioituu. Ran-GDP kuljetetaan takaisin ytimeen oman kantajansa, dimeerisen NTF2-proteiinin, kautta. Ytimessä RanGEF-proteiinin vaikutuksesta GDP Ranin aktiivisessa keskustassa korvataan GTP:llä ja sykli on siten suljettu.
Tarkastellaan nyt ytimestä viennin mekanismia käyttämällä esimerkkiä proteiineista, jotka sisältävät ydinvientisignaaleja ( Nuclear Export Signal , NES). Näille signaalisekvensseille on tunnusomaista korkea hydrofobisten aminohappojen pitoisuus. Kuljetuksen ensimmäinen vaihe on myös substraatin vastaanotto spesifisen eksportiinin Crm1 :n toimesta (englanniksi C - kromosomi Region Maintenance ) ja kompleksin muodostuminen. Suurin ero vientimekanismien välillä on se, että viennin tapauksessa translokaatiokompleksi sisältää substraatin ja Crm1:n lisäksi myös Ran-GTP:n, eli konjugaatio Ran-syklin kanssa tapahtuu translokaatiovaiheessa, eikä reseptorin uudelleentuontivaiheessa. Kulkiessaan ydinhuokosen läpi sytoplasmaan, Ran katkaisee GTP:n, kompleksi menettää stabiilisuutensa ja dissosioituu vapauttaen lastin.