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核局在シグナル または配列 （ NLS ）は、タンパク質を核輸送によって細胞核に取り込むために「タグ付け」するアミノ酸配列です。[1]通常、このシグナルは、タンパク質表面に露出した正に帯電したリジンまたはアルギニンの1つ以上の短い配列で構成されます。 [1]異なる核局在タンパク質が同じNLSを共有する場合があります。[1] NLSは、タンパク質を核外に輸送する核輸出シグナル（NES）とは逆の機能を持ちます。
種類
クラシック
これらのタイプの NLS は、さらに一部分または二部分に分類できます。2 つの主な構造上の違いは、二部分 NLS の 2 つの基本アミノ酸クラスターが比較的短いスペーサー配列で分離されている (したがって二部分 - 2 つの部分) のに対し、一部分 NLS はそうではないことです。最初に発見された NLS は、SV40 ラージ T 抗原の PKKKRKV 配列でした(一部分 NLS)。[2]核プラスミンの NLS 、KR[PAATKKAGQA]KKKK は、遍在する二部分シグナルのプロトタイプです。基本アミノ酸の 2 つのクラスターが、約 10 個のアミノ酸のスペーサーで分離されています。[3]両方のシグナルは、インポーチン αによって認識されます。インポーチン α には二部分 NLS 自体が含まれており、これはインポーチン βによって特異的に認識されます。後者は、実際の輸入メディエーターと考えることができます。
Chelskyらは、単分節NLSのコンセンサス配列KK/RXK/Rを提案した。[3]したがって、Chelsky配列は、二分節NLSの下流基本クラスターの一部である可能性がある。Makkahらは、SV40 T抗原（単分節）、C-myc（単分節）、および核プラスミン（二分節）の核局在シグナルの比較変異誘発を行い、3つすべてに共通するアミノ酸の特徴を示した。中性アミノ酸と酸性アミノ酸がNLSの効率に寄与する役割が初めて示された。[4]
Rotelloらは、SV40ラージT抗原、核プラスミン（AVKRPAATKKAGQAKKKKLD）、EGL-13（MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN）、c-Myc（PAAKRVKLD）、TUSタンパク質（KLKIKRPVK）のeGFP融合NLSの核局在効率を、迅速な細胞内タンパク質送達を通じて比較した。彼らは、c-Myc NLSの核局在効率がSV40 NLSのそれよりも有意に高いことを発見した。[5]
非古典的
hnRNP A1の酸性M9ドメイン、酵母転写抑制因子Matα2の配列KIPIK、U snRNPの複合シグナルなど、NLSには他にも多くの種類があります。これらのNLSのほとんどは、インポーチンα様タンパク質の介入なしに、インポーチンβファミリーの特定の受容体によって直接認識されるようです。[6]
大量に生産され輸送されるリボソームタンパク質に特異的と思われるシグナル[7] [8]は、インポーチンβ様核輸入受容体の特殊なセットを伴うようです。[9]
最近、PY-NLSとして知られるNLSのクラスが、Leeらによって提唱されました。[10]このPY-NLSモチーフは、その中のプロリン-チロシンアミノ酸対からそのように名付けられ、タンパク質がインポーチンβ2（トランスポーターまたはカリオフェリンβ2としても知られる）に結合し、その後、貨物タンパク質を核に移行させます。インポーチンβ2に含まれるPY-NLSの結合の構造的基礎が決定され、輸入の阻害剤が設計されました。[11]
発見
細胞DNAを隔離する核膜の存在は、真核細胞を定義する特徴です。したがって、核膜は、核での DNA 複製およびRNA転写のプロセスと、細胞質でのタンパク質生成のプロセスを分離します。核に必要なタンパク質は、何らかのメカニズムによって核に送られる必要があります。核タンパク質が核に蓄積する能力に関する最初の直接的な実験的調査は、ジョン・ガードンによって行われ、精製された核タンパク質が細胞質に微量注入された後、カエル (アフリカツメガエル) 卵母細胞の核に蓄積することを示しました。これらの実験は、その後、幹細胞研究に直接関連する核再プログラミングの研究につながる一連の実験の一部でした。
卵母細胞の核膜には数百万の孔複合体が存在し、それらが多くの異なる分子（インスリン、ウシ血清アルブミン、金ナノ粒子）を通過させるように見えることから、孔は開いたチャネルであり、核タンパク質は孔を通って自由に核内に進入し、DNAまたは他の核成分と結合して蓄積されるはずだという見解が生まれました。言い換えれば、特定の輸送メカニズムは存在しないと考えられていました。
この見解は、1982年にディングウォールとラスキーによって誤りであることが示されました。彼らは、典型的な「分子シャペロン」であるヌクレオプラスミンと呼ばれるタンパク質を使用して、核侵入のシグナルとして機能するタンパク質内のドメインを特定しました。[12]この研究はこの分野の研究を刺激し、2年後に最初のNLSがSV40ラージT抗原（または略してSV40）で特定されました。しかし、SV40 NLSとの類似性に基づいて、別の核タンパク質で機能的なNLSを特定することはできませんでした。実際、細胞（非ウイルス）核タンパク質のごく一部にのみ、SV40 NLSに類似した配列が含まれていました。ヌクレオプラスミンを詳細に調べたところ、スペーサーアームで分離された基本アミノ酸からなる2つの要素を持つ配列が特定されました。これらの要素の1つはSV40 NLSに類似していましたが、非核レポータータンパク質に結合したときにタンパク質を細胞核に向けることはできませんでした。両方の要素が必要である。[13]この種の NLS は、二分型の古典的 NLS として知られるようになった。二分型の NLS は、現在では細胞の核タンパク質に見られる主要なクラスの NLS を表すことが知られており[14]、構造解析によって、シグナルが受容体 (インポーチン α ) タンパク質によって認識される仕組みが明らかになった[15] (一部の一分型の NLS の構造的根拠もわかっている[16] )。核タンパク質の輸入の分子レベルでの詳細の多くがわかっている。これは、核タンパク質の輸入が 2 段階のプロセスであることが実証されたことによって可能になった。核タンパク質は、エネルギーを必要としないプロセスで核膜孔複合体に結合し、続いて、核タンパク質が膜孔複合体のチャネルを通ってエネルギー依存的に転座する。[17] [18]プロセスに 2 つの異なる段階があることが証明されたことで、関与する因子を特定する可能性が確立され、NLS 受容体のインポーチン ファミリーとGTPase Ranの特定につながった。
核輸入のメカニズム
タンパク質は核膜を通って核内に入ります。核膜は、外膜と内膜という同心円状の膜で構成されています。内膜と外膜は複数の部位で接続し、細胞質と核質の間にチャネルを形成します。これらのチャネルは、核膜を介した輸送を仲介する複雑な多タンパク質構造である核膜孔複合体(NPC) によって占められています。
NLS で翻訳されたタンパク質はインポーチン(別名カリオフェリン) に強力に結合し、複合体は一緒に核膜孔を通過します。この時点で、Ran-GTP はインポーチン-タンパク質複合体に結合し、その結合によりインポーチンはタンパク質に対する親和性を失います。タンパク質は放出され、Ran-GTP/インポーチン複合体は核膜孔を通って核外に戻ります。細胞質内のGTPase 活性化タンパク質(GAP) は Ran-GTP を GDP に加水分解し、これにより Ran の構造変化が起こり、最終的にインポーチンに対する親和性が低下します。インポーチンは放出され、Ran-GDP は核に戻ってリサイクルされ、そこでグアニンヌクレオチド交換因子(GEF) がその GDP を GTP に戻します。
参照
- 核輸出シグナル( NES) は、タンパク質を核から輸出するように指示することができます。
参考文献
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さらに読む
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外部リンク
- 真核生物線形モチーフ リソースモチーフ クラス TRG_NLS_Bipartite_1
- 真核生物線形モチーフ リソースモチーフ クラス TRG_NLS_MonoCore_2
- 真核生物線形モチーフ リソースモチーフ クラス TRG_NLS_MonoExtC_3
- 真核生物線形モチーフ リソースモチーフ クラス TRG_NLS_MonoExtC_4