Nuklearlokalisationssignale

Nuklearlokalisationssignale (NLS) sind kurze, meist basische Aminosäuresequenzen in Proteinen, die ihre Aufnahme in den Zellkern über den Kernporenkomplex steuern. Sie dienen dazu, Proteine gezielt in den Nukleus zu transportieren, wo sie Funktionen wie DNA-Transkription, Replikation oder Ribosomenbildung ausüben.

Klassische NLS lassen sich in monopartite Signale (ein einzelner Basencluster, z. B. PKKKRKV im SV40 T-Antigen) und bipartite Signale (zwei Basenclusters, getrennt durch eine kurze Spacerregion) unterteilen. Diese Signale binden in der Regel Importine, häufig Importin-α/β, die das Cargo durch den Kernporenkomplex (NPC) in das Nukleus transportieren.

Der Transport erfolgt im Kontext des Ran-GTPase-Zyklus. Im Nukleus bindet Ran-GTP Importin und führt zur Freigabe des Proteins; das Importin-Protein wird anschließend zurück ins Zytosol recycelt. Die Richtung des Transports wird durch den Ran-GTP/GDP-Gradienten zwischen Kern und Zytoplasma bestimmt, der Energie und Richtung vorgibt.

Regulation und Vielfalt: NLS können durch Phosphorylierung, Konformationsänderungen oder Maskierung durch Interaktionspartner reguliert werden. Manche Proteine tragen zusätzlich NoLS (nucleolar localization signals) oder kombinieren NLS und NoLS, um auch die Nukleolusansammlung zu steuern.

Bedeutung und Anwendungen: NLS spielen eine zentrale Rolle bei Genexpression, DNA-Reparaturprozessen und der Ribosomenbiosynthese. Fehllokalisation von Proteinen kann mit Krankheiten assoziiert sein. In der Biotechnologie werden NLS genutzt, um Proteine gezielt in den Zellkern zu fördern, beispielsweise um Reporterproteine oder therapeutische Faktoren kernspezifisch zu lokalisieren.