インポート

インポーチンは、核局在配列（NLS） と呼ばれる特定の認識配列に結合することによって、タンパク質分子を細胞の細胞質から核に輸送するカリオフェリン^[1]の一種です。

インポーチンには、インポーチンαとインポーチンβという2つのサブユニットがあります。インポーチンβファミリーのメンバーは、単独で積荷に結合して輸送することも、インポーチンαとヘテロ二量体を形成することもできます。ヘテロ二量体の一部として、インポーチンβは細孔複合体との相互作用を媒介し、インポーチンαは積荷の核局在シグナル（NLS）に結合するアダプタータンパク質として機能します。NLS-インポーチンα-インポーチンβ三量体は、核内でRan GTPに結合した後に解離し、^{[2] 2つのインポーチンタンパク質は}細胞質にリサイクルされてさらなる利用に供されます。

インポーチンは、インポーチンα/βのヘテロ二量体、またはインポーチンβの単量体として存在することができる。インポーチンαは、1994年にマックス・デルブリュック分子医学センターを拠点とするエノ・ハルトマンらのグループによって初めて単離された。^[1]核タンパク質輸入のプロセスは、以前のレビューですでに特徴付けられていたが、^[3]関与する主要なタンパク質はその時点まで解明されていなかった。核へのタンパク質輸入に必須で、SRP1pと44%の配列同一性を持つ60kDaの細胞質タンパク質がアフリカツメガエルの卵から精製された。これはクローン化され、配列決定され、大腸菌で発現されたが、シグナル依存性輸送を完全に再構成するためには、 Ran (TC4)と組み合わせる必要があった。この研究では、他の主要な刺激因子も発見された。^[1]

インポーチンβはインポーチンαとは異なり、酵母内に直接相同体を持たないが、90～95 kDaのタンパク質として精製され、いくつかの異なるケースでインポーチンαとヘテロ二量体を形成することがわかった。これらには、Michael Rexach氏による研究^[4] やDirk Görlich氏によるさらなる研究が含まれる。^[5]これらのグループは、インポーチンαが機能するためには別のタンパク質であるインポーチンβが必要であり、それらが一緒になって核局在シグナル（NLS）の受容体を形成し、核内への輸送を可能にすることを発見した。1994年と1995年のこれらの最初の発見以来、 IPO4やIPO7など、構造と局在が異なるためわずかに異なる貨物タンパク質の輸入を促進する多くのインポーチン遺伝子が発見されている。

インポーチンαアダプタータンパク質の大部分は、縦列に並んだ複数のアルマジロリピート（ARM）で構成されています。これらのリピートは積み重ねて湾曲した形状の構造を形成し、特定のカーゴタンパク質のNLSへの結合を容易にします。主要なNLS結合部位はN末端側にあり、マイナー部位はC末端側にあります。ARM構造と同様に、インポーチンαには、インポーチンβへの結合を担う90アミノ酸のN末端領域があり、インポーチンβ結合（IBB）ドメインとして知られています。^[6]これは自己阻害部位でもあり、^{[7]インポーチンαが}核に到達するとカーゴが放出されると考えられています。^[8]

インポーチンβは、より大きなカリオフェリンスーパーファミリーの典型的な構造です。その構造の基本は、HEATモチーフの18〜20回のタンデムリピートです。これらのリピートのそれぞれには、ターンでつながった2つの反平行αヘリックスが含まれており、それらが積み重なってタンパク質の全体構造を形成します。^[9]

核内に貨物を輸送するために、インポーチンβは核膜孔複合体と結合する必要がある。これは、核膜孔の様々なFG （Phe-Gly）モチーフと弱い一時的な結合を形成することによって行われる。結晶構造解析により、これらのモチーフはインポーチンβの表面にある浅い疎水性ポケットに結合することが示されている。 ^[10]

インポーチンの主な機能は、核タンパク質輸入サイクルとして知られるプロセスにおいて 、核局在シグナルを持つタンパク質を核膜孔複合体 (NPC)を介して核内に転座させることです。

このサイクルの最初のステップは、貨物の結合です。インポーチンは、単量体のインポーチンβタンパク質としてこの機能を果たすことができますが、通常はインポーチンαの存在を必要とします。インポーチンαは、貨物タンパク質へのアダプターとして機能します（ NLSとの相互作用を介して）。NLSは、タンパク質を核に向かう貨物としてタグ付けする基本的なアミノ酸配列です。貨物タンパク質は、これらのモチーフの1つまたは2つを含むことができ、それらはインポーチンαの主要な結合部位および/またはマイナーな結合部位に結合します。^[11]

貨物タンパク質が結合すると、インポーチンβはNPCと相互作用し、複合体は細胞質から核に拡散する。拡散速度は、細胞質に存在するインポーチンαの濃度と、インポーチンαの貨物への結合親和性の両方に依存する。核内に入ると、複合体はRasファミリーGTPase、Ran-GTPと相互作用する。これにより、インポーチンβの構造が変化し、複合体が解離する。インポーチンβはRan - GTPに結合したままになり、リサイクルされる準備ができる。^[11]

インポーチンα/カーゴ複合体からインポーチンβがなくなったので、カーゴタンパク質を核内に放出することができます。インポーチンαのN末端インポーチンβ結合（IBB）ドメインには、 NLSモチーフを模倣した自己調節領域が含まれています。^[7]インポーチンβが放出されると、この領域が解放され、ループバックして主要なNLS結合部位でカーゴタンパク質との結合を競うことができます。この競争によりタンパク質が放出されます。場合によっては、Nup2やNup50などの特定の放出因子を使用してカーゴの放出を助けることもできます。^[11]

最後に、インポーチンαは細胞質に戻るために、核からの脱出を容易にするRan-GTP / CAS （核外輸送因子）複合体と結合する必要がある。CAS （細胞アポトーシス感受性タンパク質）は、カリオフェリンのインポーチンβスーパーファミリーの一部であり、核外輸送因子として定義されている。インポーチンβは、 Ran - GTPに結合したまま細胞質に戻る。細胞質に入ると、Ran - GTPはRan GAPによって加水分解され、Ran-GDPが形成され、 2つのインポーチンが放出されてさらなる活動が可能になる。このGTPの加水分解が、サイクル全体のエネルギーを供給する。核内では、GEFがRanにGTP分子をチャージし、上記のように、細胞質内のGAPによってGTPが加水分解される。このRanの活性により、タンパク質の一方向輸送が可能になる。^[11]

インポーチンαおよびインポーチンβの発現の 変異または変化に関連する疾患状態および病理がいくつかあります。

インポーチンは配偶子形成と胚形成の過程において重要な調節タンパク質である。その結果、インポーチンαの発現パターンの乱れがショウジョウバエの生殖能力障害を引き起こすことが示されている。^[12]

また、変異したインポーチンαと一部の癌の症例を関連付ける研究もある。乳癌研究では、 NLS結合ドメインが欠損した短縮型のインポーチンαが関与していることが示唆されている。^{[13]さらに、インポーチンαは}腫瘍抑制遺伝子BRCA1 （乳癌1型感受性タンパク質）を核内に輸送することが示されている。インポーチンαの過剰発現は、特定の悪性黒色腫患者に見られる生存率の低下とも関連している。^[14]

インポーチンの活性は、いくつかのウイルス病理とも関連している。例えば、エボラウイルスの感染経路では、 PY-STAT1の核内輸送の阻害が重要なステップである。これは、ウイルスがインポーチンαを細胞質内に隔離することで達成され、 NLSで積み荷と結合できなくなる。^[15]その結果、インポーチンは機能できず、積み荷タンパク質は細胞質内に留まる。

インポーチンによって、さまざまな貨物タンパク質が核内に輸送されます。多くの場合、さまざまなタンパク質が輸送されるには、α と β のさまざまな組み合わせが必要です。さまざまな貨物の例をいくつか以下に示します。

インポーチンαとインポーチンβはインポーチン全体を表すために使用されますが、実際には同様の構造と機能を共有するタンパク質のより大きなファミリーを表しています。αとβの両方に対してさまざまな遺伝子が特定されており、そのうちのいくつかを以下に示します。カリオフェリンとインポーチンはしばしば互換的に使用されることに注意してください。

• インポート: IPO4、IPO5、IPO7、IPO8、IPO9、IPO11、IPO13
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• カリオフェリンβ：KPNB1

• カリオフェリン
• 核局在配列
• 核膜孔複合体
• 核輸送
• ラン（遺伝子）

• 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)における Importins
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