核輸出シグナル

核輸出シグナル( NES ) は、タンパク質中に 4 つの疎水性残基を含む短い標的ペプチドであり、核輸送を利用して核膜孔複合体を通して細胞核から細胞質へ輸出される。これは、細胞質にあるタンパク質を核に輸入することを標的とする核局在シグナルとは逆の効果を持つ。NES はエクスポーチンによって認識され、結合される。

NES はいくつかの重要な細胞機能を果たします。細胞内のタンパク質の位置を調節するのに役立ちます。これにより、NES は転写や、適切な細胞機能に不可欠な他のいくつかの核機能に影響を与えます。^[1]適切な細胞機能には、多くの種類の RNA を核から排出する必要があります。NES は、さまざまなタイプの RNA が核から出て機能を実行するために使用する経路の種類を決定し、NES は核から出る分子の方向性に影響を与える可能性があります。^[2]

構造

既知の NES をコンピューターで分析した結果、疎水性残基の最も一般的な間隔はであることがわかりました。LxxxLxxLxLここで、「L」は疎水性残基 (多くの場合ロイシン) で、「x」はその他のアミノ酸です。これらの疎水性残基の間隔は、NES を含む既知の構造を調べることで説明できます。重要な残基は通常、タンパク質内の隣接する二次構造の同じ面にあり、エクスポーチンと相互作用できるためです。^[3] リボ核酸(RNA) はヌクレオチドで構成されているため、核外に移動するための核外輸送シグナルがありません。その結果、ほとんどの形式の RNA はタンパク質分子に結合してリボ核タンパク質複合体を形成し、核から輸送されます。

真核生物線形モチーフリソースは、TRG_NES_CRM1_1という単一のエントリ内でエクスポート用のNESモチーフを定義します。正規表現形式のNESの1文字アミノ酸配列パターンは次のとおりです。^[4]

([DEQ].{0,1}[LIM].{2,3}[LIVMF][^P]{2,3}[LMVF].[LMIV].{0,3}[DE])|
([DE].{0,1}[LIM].{2,3}[LIVMF][^P]{2,3}[LMVF].[LMIV].{0,3}[DEQ])

上記の表現では、LIMVFはすべて疎水性残基ですが、DEQは親水性のアスパラギン酸、グルタミン酸、グルタミンです。人間の言葉で言えば、これは「共通パターン」の拡張であり、その周囲に親水性残基があり、上記の xxxおよびフラグメントの長さがわずかに異なります。xx

機構

核外輸送は、まず Ran-GTP ( G タンパク質)がエクスポーチンに結合することで始まります。これによりエクスポーチンの形状が変化し、輸送貨物に対する親和性が高まります。輸送貨物が結合すると、Ran-エクスポーチン-輸送貨物複合体は核膜孔を通って核外に移動します。次に、 GTPase 活性化タンパク質(GAP) がRan-GTP を Ran-GDP に加水分解し、これにより形状が変化してエクスポーチンが放出されます。エクスポーチン分子は Ran との結合がなくなると、核輸送貨物に対する親和性も失い、複合体は分解します。エクスポーチンと Ran-GDP は別々に核にリサイクルされ、核内のグアニン交換因子(GEF) が Ran 上の GDP を GTP に切り替えます。

化学療法

核輸出のプロセスは、化学療法薬に対する耐性の一部に関与している。細胞の核輸出活動を制限することで、この耐性を逆転させることができるかもしれない。輸出受容体である CRM1 を阻害することで、核膜を通した輸出が遅くなるかもしれない。サービビンは、細胞のアポトーシスを阻害する NES である。細胞分裂中に有糸分裂紡錘体と相互作用する。腫瘍細胞は通常急速に増殖するため、がんが存在するとサービビンの発現が増加する。サービビンのレベルは、がん細胞の化学療法に対する耐性とその細胞が再び複製される可能性に相関している。NESサービビンを標的とする抗体を生成することで、がん細胞のアポトーシスを増加させることができる。^[5]

例

NESシグナルは、ヒト免疫不全ウイルス1型（HIV-1）Revタンパク質とcAMP依存性タンパク質キナーゼ阻害剤（PKI）で初めて発見されました。カリオフェリン受容体CRM1は、いくつかの生物におけるロイシンに富むNESの輸出受容体として特定されており、進化的に保存されたタンパク質です。CRM1によって媒介される輸出は、殺菌剤レプトマイシンB（LMB）によって効果的に阻害することができ、この経路の優れた実験的検証を提供します。^[6]

細胞骨格タンパク質アクチンなど、細胞の運動や成長などの機能を持つ他のさまざまな機能を持つタンパク質も、NESシグナルを実験的に阻害されています。LBMをNES阻害剤として使用すると、アクチンに対して効果的であることが証明され、核内にタンパク質が蓄積し、さまざまなタンパク質機能グループにわたってNESが普遍的に機能することが結論付けられました。^[7]

規制

すべての NES 基質が恒常的に核から輸出されるわけではないため、CRM1 を介した輸出は制御されたイベントです。NES 依存輸出を制御する方法はいくつか報告されています。これには、NES のマスキング/アンマスキング、リン酸化、さらには酸化の結果としてのジスルフィド結合の形成が含まれます。

NESがタンパク質の輸出受容体に結合すると、NESの普遍的な輸出機能により、各タンパク質への輸出が個別に活性化されます。特定のタンパク質の特定のNESアミノ酸配列の研究では、あるタンパク質のNES活性化をそのアミノ酸配列の阻害剤で阻害し、同じ核の他のタンパク質には影響を与えない可能性があることが示されています。^[8]

NESベース

NESbase は、実験的に検証されたロイシンリッチ核外輸送シグナル (NES) を持つタンパク質のデータベースです。検証は、デンマーク工科大学生物配列解析センターやコペンハーゲン大学タンパク質化学部などによって行われています。データベースのすべてのエントリには、核外輸送シグナルが輸出に十分であったか、または CRM1 (エクスポーターイン) によって媒介された輸送のみであったかに関する情報が含まれています。^[9]

参考文献

^ 福田誠; 浅野史郎; 中村孝弘; 足立誠; 吉田稔; 柳田光弘; 西田英輔 (1997 年 11 月). 「CRM1 は核外輸送シグナルを介した細胞内輸送に関与する」. Nature . 390 (6657): 308–311. Bibcode :1997Natur.390..308F. doi :10.1038/36894. ISSN 0028-0836. PMID 9384386. S2CID 4420607.
^ Li, Zhengguo; Kearse, Michael G.; Huang, Chuan (2019-01-02). 「環状RNAの核輸出は主にその長さによって定義される」. RNA Biology . 16 (1): 1–4. doi :10.1080/15476286.2018.1557498. ISSN 1547-6286. PMC 6380329. PMID 30526278 .
^ la Cour T、Kiemer L、Mølgaard A、Gupta R、Skriver K、Brunak S (2004 年 6 月)。「ロイシンリッチ核輸出シグナルの分析と予測」。Protein Eng. Des. Sel . 17 (6): 527–36. doi : 10.1093/protein/gzh062 . PMID 15314210。
^ 「ELM - TRG_NES_CRM1_1の詳細」. elm.eu.org . 2019年4月10日閲覧。
^ El-Tanani, Mohamed; Dakir, El-Habib; Raynor, Bethany; Morgan, Richard (2016-03-14). 「がんにおける核輸出のメカニズムと化学療法への抵抗性」. Cancers . 8 (3): 35. doi : 10.3390/cancers8030035 . ISSN 2072-6694. PMC 4810119. PMID 26985906 .
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^ 和田篤; 福田誠; 三島正則; 西田英介 (1998-03-16). 「アクチンの核外輸送：主要な細胞骨格タンパク質の細胞内局在を制御する新しいメカニズム」. EMBO Journal . 17 (6): 1635–1641. doi :10.1093/emboj/17.6.1635. ISSN 0261-4189. PMC 1170511. PMID 9501085 .
^ Rowe, Thomas C.; Ostrov, David; Dawson, Jana L.; Pernazza, Danielle; Lawrence, Nicholas J.; Sullivan, Daniel M. (2013-11-15). 「多発性骨髄腫における核輸出シグナルの標的化」Blood . 122 (21): 1925. doi :10.1182/blood.V122.21.1925.1925. ISSN 0006-4971.
^ タンジャ・ラ・クール;ラムニーク・グプタ。クリストファー・ラパッキ。カレン・スクリバー;フレミング・M・ポールセン。ソーレン・ブルナク (2003)。「NESbase バージョン 1.0: 核輸出シグナルのデータベース」。核酸研究。31 (1): 393–396。土井：10.1093/nar/gkg101。PMC 165548。PMID 12520031。

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_NES_CRM1_1
NESベース

[1] 福田誠; 浅野史郎; 中村孝弘; 足立誠; 吉田稔; 柳田光弘; 西田英輔 (1997 年 11 月). 「CRM1 は核外輸送シグナルを介した細胞内輸送に関与する」. Nature . 390 (6657): 308–311. Bibcode :1997Natur.390..308F. doi :10.1038/36894. ISSN 0028-0836. PMID 9384386. S2CID 4420607.

[2] Li, Zhengguo; Kearse, Michael G.; Huang, Chuan (2019-01-02). 「環状RNAの核輸出は主にその長さによって定義される」. RNA Biology . 16 (1): 1–4. doi :10.1080/15476286.2018.1557498. ISSN 1547-6286. PMC 6380329. PMID 30526278 .

[3] Cour T、Kiemer L、Mølgaard A、Gupta R、Skriver K、Brunak S (2004 年 6 月)。「ロイシンリッチ核輸出シグナルの分析と予測」。Protein Eng. Des. Sel . 17 (6): 527–36. doi : 10.1093/protein/gzh062 . PMID 15314210。

[4] 「ELM - TRG_NES_CRM1_1の詳細」. elm.eu.org . 2019年4月10日閲覧。

[5] El-Tanani, Mohamed; Dakir, El-Habib; Raynor, Bethany; Morgan, Richard (2016-03-14). 「がんにおける核輸出のメカニズムと化学療法への抵抗性」. Cancers . 8 (3): 35. doi : 10.3390/cancers8030035 . ISSN 2072-6694. PMC 4810119. PMID 26985906 .

[6] 福田誠; 浅野史郎; 中村孝弘; 足立誠; 吉田稔; 柳田光弘; 西田英輔 (1997-11-20). 「CRM1 は核外輸送シグナルを介した細胞内輸送に関与する」. Nature . 390 (6657): 308–311. Bibcode :1997Natur.390..308F. doi :10.1038/36894. ISSN 0028-0836. PMID 9384386. S2CID 4420607.

[7] 和田篤; 福田誠; 三島正則; 西田英介 (1998-03-16). 「アクチンの核外輸送：主要な細胞骨格タンパク質の細胞内局在を制御する新しいメカニズム」. EMBO Journal . 17 (6): 1635–1641. doi :10.1093/emboj/17.6.1635. ISSN 0261-4189. PMC 1170511. PMID 9501085 .

[8] Rowe, Thomas C.; Ostrov, David; Dawson, Jana L.; Pernazza, Danielle; Lawrence, Nicholas J.; Sullivan, Daniel M. (2013-11-15). 「多発性骨髄腫における核輸出シグナルの標的化」Blood . 122 (21): 1925. doi :10.1182/blood.V122.21.1925.1925. ISSN 0006-4971.

[9] タンジャ・ラ・クール;ラムニーク・グプタ。クリストファー・ラパッキ。カレン・スクリバー;フレミング・M・ポールセン。ソーレン・ブルナク (2003)。「NESbase バージョン 1.0: 核輸出シグナルのデータベース」。核酸研究。31 (1): 393–396。土井：10.1093/nar/gkg101。PMC 165548。PMID 12520031。