Surface Properties Determining Passage Rates of Proteins through Nuclear Pores

核孔 生物 核运输 生物物理学 染色体易位 细胞生物学 内在无序蛋白质 静电 转运蛋白 生物化学 细胞核 核心 基因 物理 量子力学
作者
Steffen Frey,Renate Rees,Jürgen Schünemann,Sheung Chun Ng,Kevser Fünfgeld,Trevor Huyton,Dirk Görlich
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:174 (1): 202-217.e9 被引量:135
标识
DOI:10.1016/j.cell.2018.05.045
摘要

Nuclear pore complexes (NPCs) conduct nucleocytoplasmic transport through an FG domain-controlled barrier. We now explore how surface-features of a mobile species determine its NPC passage rate. Negative charges and lysines impede passage. Hydrophobic residues, certain polar residues (Cys, His), and, surprisingly, charged arginines have striking translocation-promoting effects. Favorable cation-π interactions between arginines and FG-phenylalanines may explain this apparent paradox. Application of these principles to redesign the surface of GFP resulted in variants that show a wide span of transit rates, ranging from 35-fold slower than wild-type to ∼500 times faster, with the latter outpacing even naturally occurring nuclear transport receptors (NTRs). The structure of a fast and particularly FG-specific GFPNTR variant illustrates how NTRs can expose multiple regions for binding hydrophobic FG motifs while evading non-specific aggregation. Finally, we document that even for NTR-mediated transport, the surface-properties of the "passively carried" cargo can strikingly affect the translocation rate.

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