核かく局在きょくざい化かシグナル

核かく局在きょくざい化かシグナルまたは核かく局在きょくざい化か配列はいれつ（英えい: nuclear localization signal/sequence、略称りゃくしょう: NLS）とは、タンパク質たんぱくしつを細胞さいぼう核かくへ輸送ゆそうする目印めじるしとなるアミノ酸あみのさん配列はいれつのことである。核かく移行いこうシグナルとも呼よばれる。一般いっぱん的てきにこのシグナルはタンパク質たんぱくしつ表面ひょうめんに露出ろしゅつしており、正まさに帯電たいでんしたリシンまたはアルギニンからなる、1つまたは複数ふくすうの短みじかい配列はいれつによって構成こうせいされる。異ことなる核かく局在きょくざいタンパク質たんぱくしつが同おなじNLSを持もっていることもある。NLSは、核かく外がい搬出はんしゅつシグナル（NES）の反対はんたいの機能きのうを持もつ。

タイプ[編集へんしゅう]

classical（典型てんけい的てき、古典こてん的てき）[編集へんしゅう]

このタイプのNLSは、単たん節ふし型がた（monopartite）と双そう節ふし型がた（bipartite）に分類ぶんるいされる。両者りょうしゃの主要しゅような構造こうぞう的てき差異さいは、双そう節ふし型がたNLSでは2つの塩基えんき性せいアミノ酸あみのさんクラスターが比較的ひかくてき短みじかいスペーサー配列はいれつで隔へだてられている一方いっぽう、単たん節ふし型がたは分離ぶんりされていないという点てんである。最初さいしょに発見はっけんされたNLSはSV40ラージT抗原こうげん（英語えいご版ばん）の PKKKRKV という配列はいれつ（単たん節ふし型がた）である^[1]。ヌクレオプラズミン（英語えいご版ばん）のNLSである KRPAATKKAGQAKKKK は、2つの塩基えんき性せいアミノ酸あみのさんクラスターが約やく10アミノ酸あみのさんのスペーサー配列はいれつで隔へだてられた、双そう節ふし型がたNLSの典型てんけい例れいである^[2]。どちらのシグナルもインポーチンαあるふぁ（英語えいご版ばん）によって認識にんしきされる。インポーチンαあるふぁ自体じたいも双そう節ふし型がたNLSを持もっており、インポーチンβべーたによって特異とくい的てきに認識にんしきされる。実際じっさいに核かくへの輸送ゆそうを媒介ばいかいしているのはインポーチンβべーたであると考かんがえられている。

Chelskyらは単たん節ふし型がたNLSのコンセンサス配列はいれつは K-K/R-X-K/R であると提唱ていしょうした^[3]。Chelskyらの配列はいれつは双そう節ふし型がたNLSの下流かりゅうの塩基えんき性せいクラスターの一部いちぶである可能かのう性せいもある。MakkerhらはSV40ラージT抗原こうげん（単たん節ふし型がた）、c-Myc（単たん節ふし型がた）、ヌクレオプラズミン（双そう節ふし型がた）のNLSに対たいし変異へんい導入どうにゅうによる比較ひかく実験じっけんを行おこない、これら3種類しゅるいのNLSに共通きょうつうしたアミノ酸あみのさんの特徴とくちょうがあることを示しめした。また、中性ちゅうせいまたは酸性さんせいのアミノ酸あみのさんもNLSの輸送ゆそう効率こうりつに寄与きよしていることが初はじめて示しめされた^[4]。

Rotelloらは、SV40ラージT抗原こうげん、ヌクレオプラズミン（AVKRPAATKKAGQAKKKKLD）、EGL-13（MSRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN）、c-Myc（PAAKRVKLD）、TUSタンパク質たんぱくしつ（KLKIKRPVK）のNLSを付加ふかしたeGFPの核かくへの輸送ゆそう効率こうりつの比較ひかくを行おこない、c-MycのNLSの核かく局在きょくざい効率こうりつがSV40のNLSと比較ひかくしてきわめて高たかいことを発見はっけんした^[5]。

non-classical（非ひ典型てんけい的てき、非ひ古典こてん的てき）[編集へんしゅう]

hnRNP A1の酸性さんせいのM9ドメイン、酵母こうぼの転写てんしゃ抑制よくせい因子いんしMatαあるふぁ2の KIPIK 配列はいれつ、U snRNPに存在そんざいする複雑ふくざつなシグナルなど、他たのタイプのNLSも多おおく存在そんざいする。これらのNLSの大だい部分ぶぶんは、インポーチンαあるふぁ様さまタンパク質たんぱくしつの介在かいざいなしに、インポーチンβべーたファミリーの特異とくい的てき受容じゅよう体たいによって直接ちょくせつ認識にんしきされているようである^[6]。

大量たいりょうに産さん生むされ輸送ゆそうされるリボソームタンパク質しつには特異とくい的てきなシグナルが存在そんざいするようであり^[7]^[8]、特別とくべつなインポーチンβべーた様さま核かく内ない輸送ゆそう受容じゅよう体たいが伴ともなっているようである^[9]。

近年きんねん、PY-NLSとして知しられるタイプのNLSが、Leeらによって提唱ていしょうされている^[10]。このPY-NLSモチーフは、その名前なまえはプロリン-チロシンのアミノ酸あみのさんペアが存在そんざいすることに由来ゆらいするが、インポーチンβべーた2（英語えいご版ばん）（トランスポーチン、カリオフェリンβべーた2としても知しられる）に結合けつごうし、積つみ荷にタンパク質たんぱくしつを核かく内ないへ輸送ゆそうする。インポーチンβべーた2へ結合けつごうしたPY-NLSの構造こうぞうが決定けっていされ、核かく内ない輸送ゆそうの阻害そがい剤ざいが設計せっけいされている^[11]。

発見はっけん[編集へんしゅう]

細胞さいぼうのDNAを隔離かくりする核かく膜まくの存在そんざいは、真ま核かく細胞さいぼうの定義ていぎとなる特徴とくちょうである。核かく膜まくはDNAの複製ふくせいやRNAの転写てんしゃといった核かく内ないの過程かていと、細胞さいぼう質しつで行おこなわれるタンパク質たんぱくしつの産さん生せいの過程かていを隔へだてており、核かく内ないで必要ひつようとされるタンパク質たんぱくしつは何なんらかの機構きこうによって核かく内ないへ輸送ゆそうされなければならない。核かく内ないタンパク質たんぱくしつが核かくに蓄積ちくせきする性質せいしつに対たいしての最初さいしょの直接的ちょくせつてきな実験じっけんは、ジョン・ガードンによって行おこなわれた。彼かれは、精製せいせいされた核かく内ないタンパク質たんぱくしつがアフリカツメガエルの卵たまご母はは細胞さいぼうの細胞さいぼう質しつへ注入ちゅうにゅうされた後のち、核かくへ蓄積ちくせきすることを示しめした。この実験じっけんは、後のちに核かくのリプログラミングの研究けんきゅうへとつながり、幹みき細胞さいぼう研究けんきゅうと直接ちょくせつ関連かんれんすることとなる一連いちれんの研究けんきゅうの一部いちぶとして行おこなわれたものであった。

卵たまご母はは細胞さいぼうの核かく膜まくには数すう百ひゃく万まんの核かく膜まく孔あな複ふく合体がったいが存在そんざいし、それらは多おおくの異ことなる分子ぶんし（インスリン、ウシ血清けっせいアルブミン、金きむナノ粒子りゅうし）を通過つうかさせるように見みえたため、核かく膜まく孔あなは開ひらいたチャネルであり、核かく内ないタンパク質たんぱくしつは核かく膜まく孔あなを通とおって自由じゆうに核かく内ないに進入しんにゅうし、DNAや核かく内ないの何なんらかの要素ようそに結合けつごうすることで核かくへ蓄積ちくせきすると考かんがえられた。い換いかえれば、特異とくい的てきな輸送ゆそう機構きこうは存在そんざいしないと考かんがえられていた。

この考かんがえは、 1982年ねんにDingwallとLaskeyによって誤あやまりであることが示しめされた。彼かれらは、典型てんけい的てきな分子ぶんしシャペロンであるヌクレオプラズミンと呼よばれるタンパク質たんぱくしつを用もちいて、核かく内ないへの進入しんにゅうのシグナルとして機能きのうするドメインをタンパク質たんぱくしつ内ないに同定どうていした^[12]。この発見はっけんによって研究けんきゅう分野ぶんやは刺激しげきを受うけ、2年ねん後ごにはSV40ラージT抗原こうげんのNLSが初はじめて同定どうていされた。しかし、単純たんじゅんにSV40のNLSとの類似るいじ性せいに基もとづいて他たの核かく内ないタンパク質たんぱくしつの機能きのう的てきなNLSを同定どうていすることはできなかった。実際じっさい、細胞さいぼう性せいの（ウイルス性せいでない）核かく内ないタンパク質たんぱくしつでSV40のNLSに類似るいじした配列はいれつを持もつものはわずかな割合わりあいしか存在そんざいしなかった。ヌクレオプラズミンの詳細しょうさいな分析ぶんせきにより、スペーサーで隔へだてられた2つの塩基えんき性せいアミノ酸あみのさんからなるエレメントを持もつ配列はいれつが同定どうていされた。エレメントの1つはSV40のNLSと類似るいじしていたが、核かく局在きょくざい性せいでないレポータータンパク質たんぱくしつにそのエレメントを付加ふかしてもタンパク質たんぱくしつを細胞さいぼう核かくへ差さし向むけることはできず、核かくへの移動いどうには双方そうほうのエレメントが必要ひつようであった^[13]。この種類しゅるいのNLSは双そう節ふし型がた典型てんけい的てきNLSとして知しられるようになった。現在げんざいでは、双そう節ふし型がたNLSは細胞さいぼう性せいの核かく内ないタンパク質たんぱくしつに見みつかるNLSの主要しゅようなクラスとなっており^[14]、そのシグナルがどのように受容じゅよう体たいタンパク質たんぱくしつ（インポーチンαあるふぁ）に認識にんしきされているのかが構造こうぞう解析かいせきによって明あきらかにされている^[15]（単たん節ふし型がたNLSの一部いちぶについてもその構造こうぞう基盤きばんが明あきらかにされている^[16]）。核かくへのタンパク質たんぱくしつの輸送ゆそうの分子ぶんし的てき詳細しょうさいの多おおくが現在げんざいでは知しられており、輸送ゆそうは2段階だんかいの過程かていで行おこなわれている。核かく移行いこうタンパク質たんぱくしつが核かく膜まく孔あな複ふく合体がったいに結合けつごうする過程かていはエネルギーを必要ひつようとしない。その後ご、核かく移行いこうタンパク質たんぱくしつが核かく膜まく孔あなのチャネルを通とおって核かく内ないへトランスロケーションする過程かていはエネルギー依存いぞん的てきである^[17]^[18]。2つの異ことなる段階だんかいが存在そんざいすることが確立かくりつされたことによって関与かんよ因子いんしの同定どうていのが可能かのうなものとなり、NLSの受容じゅよう体たいであるインポーチンファミリーとGTPアーゼであるRanが同定どうていされるに至いたった。

核かく輸送ゆそうの機構きこう[編集へんしゅう]

タンパク質たんぱくしつは核かく膜まくを通とおって核かくへ移行いこうする。核かく膜まくは、内うち膜まくと外そと膜まくと呼よばれる同心どうしん状じょうの膜まくから構成こうせいされている。内うち膜まくと外そと膜まくは複数ふくすうの部位ぶいで連結れんけつしており、その部位ぶいが細胞さいぼう質しつと核質かくしつとの間あいだのチャネルとなっている。これらのチャネルは核かく膜まく孔あな複ふく合体がったいで占しめられている。核かく膜まく孔あな複ふく合体がったいは核かく膜まくを越こえる輸送ゆそうを媒介ばいかいする構造こうぞう体たいであり、複数ふくすうのタンパク質たんぱくしつから構成こうせいされる複ふく合体がったいである。

NLSを持もつタンパク質たんぱくしつはインポーチンに強つよく結合けつごうし、共ともに複ふく合体がったいとして核かく膜まく孔あなを通過つうかする。この時点じてんでGTP結合けつごう型がたRan（Ran-GTP）がインポーチン-タンパク質たんぱくしつ複ふく合体がったいに結合けつごうし、インポーチンのタンパク質たんぱくしつに対たいする親和しんわ性せいの喪失そうしつが引ひき起おこされる。タンパク質たんぱくしつが解離かいりすると、今度こんどはRan-GTP/インポーチン複ふく合体がったいが核かく膜まく孔あなを通とおって核かく外がいへ出でる。細胞さいぼう質しつのGTPアーゼ活性かっせい化かタンパク質たんぱくしつがRan-GTPをGDPへ加水かすい分解ぶんかいし、Ranのコンフォメーション変化へんかが引ひき起おこされインポーチンへの親和しんわ性せいが低下ていかする。インポーチンは解離かいりし、Ran-GDPは核かくへ送おくり返かえされ、そこでグアニンヌクレオチド交換こうかん因子いんしによってGDPはGTPへと交換こうかんされる。

出典しゅってん[編集へんしゅう]

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