小G蛋白家族的分類(哺乳動物)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),核內含量豐富。Ran是胞核和胞質進行大分子物質交換所必需的物質。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的生物學作用如核轉運(nuclear transport)、微管星體形成、紡錘體裝配等。小G蛋白一般只有一個亞單位,為單聚體蛋白。GTP酶的活性也需其他因子調節(jié),其功能與信號的傳遞、細胞生長分化、蛋白質合成、合成后加工及物質轉運等有密切關系。當細胞處于穩(wěn)定狀態(tài)時,Ran蛋白主要存在于細胞核內。小相對分子質量物質自由進出胞核內,可以通過核孔復合物(nuclear pore complex,NPC)自由彌散作用完成物質交換。
相反,相對分子質量大于40000的大分子物質轉位需通過核孔復合物進行主動運輸,該過程需要消耗能量,并具有分子選擇性的特點。NPC的相對分子質量大約為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)和轉運蛋白(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),結合結構域(NLS-binding domain)通過其中一個核定位序列來識別和結合蛋白質,結合的蛋白質隨輸入蛋白α一起進入核內。帶有NLS結構蛋白(NLS-bearing protein)的轉位需要通過Ran的GTP酶與importin-α共同作用才能夠實現(xiàn)。核孔復合物停泊在NLS結構上,需通過importin β與伸到胞質的其他核孔蛋白或纖維相互作用才能完成。Ran的GTP酶可由胞質內的 RanGAP(Ran GTPase activating protein)分子激活并調節(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僅存在于細胞核內。所以,RanGTPase主要在核內發(fā)揮效應。目前對核蛋白輸出和RNA的核輸出所知甚少,估計可能是通過上述類似途徑進行的。
Ran-GDP和Ran-GTP在胞質和胞核之間循環(huán),伴隨蛋白轉輸。除此之外還有其他功能:如最近發(fā)現(xiàn),Ran GTPase在細胞有絲分裂過程起著重要作用,因為Ran-結合蛋白(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點。體外使用非洲爪蟾屬的未受精卵細胞系統(tǒng)檢驗發(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可恢復上述結構組裝。