核輸送

核輸送とは、分子が細胞の核膜を通過するメカニズムを指します。細胞核からの大きな分子の出入りは、核膜孔複合体(NPC)によって厳密に制御されています。小さな分子は制御なしで核内に入ることができますが、^[1] RNA やタンパク質などの高分子は、核内に入るためのインポーチン、核外へ出るためのエクスポーチンと呼ばれる核フェリンのような、核輸送受容体と呼ばれる輸送因子との結合を必要とします。^[2]^[3]

核輸入

細胞質から核に輸送されなければならないタンパク質は、インポーチンが結合する核局在シグナル（NLS）を運びます。NLSはタグとして機能するアミノ酸配列です。最も一般的にはリジンとアルギニン残基を含む親水性配列ですが、多様なNLS配列が文書化されています。^[1]タンパク質、転移RNA、および組み立てられたリボソームサブユニットは、核外輸送シグナル（NES）と呼ばれるシグナル伝達配列に結合するエクスポーチンとの関連により、核から輸送されます。インポーチンとエクスポーチンの積荷を輸送する能力は、 Ran 小Gタンパク質によって制御されています。

G タンパク質は、グアノシン三リン酸(GTP)と呼ばれる分子に結合するGTPase酵素です。その後、 GTP を加水分解してグアノシン二リン酸 (GDP) を生成し、エネルギーを放出します。RAN 酵素は、GDP 結合型と GTP 結合型の 2 つのヌクレオチド結合型で存在します。GTP 結合状態の Ran は、インポーチンとエクスポーチンに結合できます。インポーチンは RanGTP に結合すると積荷を放出しますが、エクスポーチンは RanGTP に結合して、輸出積荷と三元複合体を形成する必要があります。Ran の主なヌクレオチド結合状態は、Ran が核 (RanGTP) にあるか細胞質 (RanGDP) にあるかによって異なります。

核輸出

核外輸送は核内輸送とほぼ逆のプロセスで、核内ではエクスポーチンがカーゴとRan-GTPを結合し、孔を通って細胞質に拡散し、そこで複合体は解離する。Ran-GTPはGAPに結合してGTPを加水分解し、結果として生じたRan-GDP複合体は核内に戻され、結合したリガンドをGTPと交換する。したがって、インポーチンはカーゴから解離するためにRanGTPに依存するのに対し、エクスポーチンはカーゴに結合するためにRanGTPを必要とする。^[4]

転写後修飾が完了した後、成熟したmRNAを特殊なmRNA輸出タンパク質が細胞質へ移動させます。この転座プロセスはRanタンパク質に積極的に依存していますが、その具体的なメカニズムはまだよくわかっていません。特に頻繁に転写される遺伝子の中には、転座プロセスを促進するために核膜孔の近くに物理的に位置するものがあります。^[5]

tRNAの輸出は、それが受ける様々な修飾にも依存しており、それによって不適切に機能するtRNAの輸出が防止される。この品質管理機構は、tRNAが翻訳において中心的な役割を果たし、成長中のペプチド鎖にアミノ酸を追加することに関与しているため重要である。脊椎動物のtRNA輸出体はエクスポーターtと呼ばれる。エクスポーターtは核内でtRNAカーゴに直接結合し、このプロセスはRanGTPの存在によって促進される。tRNAの構造に影響を与える変異は、エクスポーターtへの結合能力、ひいては輸出能力を阻害し、細胞に別の品質管理ステップを提供する。^[6]前述のように、複合体がエンベロープを通過すると解離し、tRNAカーゴを細胞質に放出する。

タンパク質輸送

多くのタンパク質は NES と NLS の両方を持ち、核と細胞質の間を絶えず行き来することが知られています。場合によっては、これらのステップの 1 つ (つまり、核内移行または核外移行) が、多くの場合は翻訳後修飾によって制御されます。

核輸入は骨格筋線維およびおそらく他の合胞体組織で発現する大きなタンパク質の伝播を制限し、特定の核における局所的な遺伝子発現を維持する。^[7] NESとNLSの両方を組み合わせると、筋線維内のより遠い核への大きなタンパク質の伝播が促進される。^[8]

タンパク質のシャトル輸送はヘテロカリオン融合アッセイを用いて評価することができる。^[9]

参考文献

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外部リンク

原子力輸送アニメーション 2009-02-07 にWayback Machineでアーカイブ
原子力輸送のイラスト 2009-02-07 にWayback Machineでアーカイブされました

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[8] Kiril K. Poukalov、M. Carmen Valero、Derek R. Muscato、Leanne M. Adams、Heejae Chun、Young il Lee、Nadja S. Andrade、Zane Zeier、H. Lee Sweeney、Eric T. Wang、「Myospreaderは筋核伝播によって骨格筋の遺伝子編集を改善します」。Proc . Natl. Acad. Sci. USA (2024). https://doi.org/10.1073/pnas.2321438121.

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