小G蛋白家族的分類(哺乳動(dòng)物)可以分為Ras (H-Ras、K-Ras、N-Ras 等)、Rho(RhoA、RhoB、RhoC,RhoG等)、Rab(Rab1,Rab2,Rab3,Rab4等)、Alf、Ran等。
Ran為 Ras樣核蛋白(Ras-like nuclear protein),是一種小分子鳥嘌呤核苷三磷酸酶(GTPase),核內(nèi)含量豐富。Ran是胞核和胞質(zhì)進(jìn)行大分子物質(zhì)交換所必需的物質(zhì)。Ran家族由諸多成員組成,包括Ran-GTP(GTP-bound Ran)、Ran-GDP(GDP-bound Ran)、Ran-GEF1(Ran-GTP-exchange factor 1)、Ran-BP1 (Ran-binding protein-1),Ran-BP2、Ran-GAP(Ran-GTP-activating protein)等。
Ran GTPase是小G蛋白家族的成員,可水解GTP為GDP,釋放出能量,參與Ran的生物學(xué)作用如核轉(zhuǎn)運(yùn)(nuclear transport)、微管星體形成、紡錘體裝配等。小G蛋白一般只有一個(gè)亞單位,為單聚體蛋白。GTP酶的活性也需其他因子調(diào)節(jié),其功能與信號(hào)的傳遞、細(xì)胞生長(zhǎng)分化、蛋白質(zhì)合成、合成后加工及物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等有密切關(guān)系。當(dāng)細(xì)胞處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),Ran蛋白主要存在于細(xì)胞核內(nèi)。小相對(duì)分子質(zhì)量物質(zhì)自由進(jìn)出胞核內(nèi),可以通過核孔復(fù)合物(nuclear pore complex,NPC)自由彌散作用完成物質(zhì)交換。
相反,相對(duì)分子質(zhì)量大于40000的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)位需通過核孔復(fù)合物進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸,該過程需要消耗能量,并具有分子選擇性的特點(diǎn)。NPC的相對(duì)分子質(zhì)量大約為124×106,跨越核膜,由100余種不同多肽所組成,這些多肽統(tǒng)稱之為核孔蛋白(nucleoporin)。核蛋白輸入受體(nuclearprotein import receptor),包括輸入蛋白α(importin-α)和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transportin);銜接蛋白包括輸入蛋白β(importin $)和 snurportin、RP1-α。
輸入蛋白α核定位序列(nuclearlocation sequence,NLS),結(jié)合結(jié)構(gòu)域(NLS-binding domain)通過其中一個(gè)核定位序列來識(shí)別和結(jié)合蛋白質(zhì),結(jié)合的蛋白質(zhì)隨輸入蛋白α一起進(jìn)入核內(nèi)。帶有NLS結(jié)構(gòu)蛋白(NLS-bearing protein)的轉(zhuǎn)位需要通過Ran的GTP酶與importin-α共同作用才能夠?qū)崿F(xiàn)。核孔復(fù)合物停泊在NLS結(jié)構(gòu)上,需通過importin β與伸到胞質(zhì)的其他核孔蛋白或纖維相互作用才能完成。Ran的GTP酶可由胞質(zhì)內(nèi)的 RanGAP(Ran GTPase activating protein)分子激活并調(diào)節(jié)其活性。Ran-GTPase中的 GTP可以被RCC1(regulator ofchromosome condensation)所置換,改變其活性,而RCC1僅存在于細(xì)胞核內(nèi)。所以,RanGTPase主要在核內(nèi)發(fā)揮效應(yīng)。目前對(duì)核蛋白輸出和RNA的核輸出所知甚少,估計(jì)可能是通過上述類似途徑進(jìn)行的。
Ran-GDP和Ran-GTP在胞質(zhì)和胞核之間循環(huán),伴隨蛋白轉(zhuǎn)輸。除此之外還有其他功能:如最近發(fā)現(xiàn),Ran GTPase在細(xì)胞有絲分裂過程起著重要作用,因?yàn)镽an-結(jié)合蛋白(Ran binding protein,Ran-BP),如 RanBPM(Ran binding protein in microtubule organ-ziting center)定位在中心體上,而中心體是有絲分裂紡錘體的生長(zhǎng)點(diǎn)。體外使用非洲爪蟾屬的未受精卵細(xì)胞系統(tǒng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Ran 在不同形式的紡錘體形成中發(fā)揮作用?筊CC1抗體(RCC1為 Ran GTP中GTP置換因子)能阻止微管星體和紡錘體形成,若加入大量Ran GTP可恢復(fù)上述結(jié)構(gòu)組裝。