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核 かく 輸送 ゆそう (かくゆそう、英 えい : nuclear transport )は、細胞 さいぼう 質 しつ と細胞 さいぼう 核 かく の間 あいだ の物質 ぶっしつ 輸送 ゆそう である。低 てい 分子 ぶんし は調節 ちょうせつ を受 う けることなく核 かく へ自由 じゆう に出入 でい りすることができるが[1] 、RNA やタンパク質 たんぱくしつ のような巨 きょ 大分 おおいた 子 こ の輸送 ゆそう は核 かく 膜 まく 孔 あな 複 ふく 合体 がったい によって緊密 きんみつ に制御 せいぎょ されており、カリオフェリン のような輸送 ゆそう 因子 いんし との結合 けつごう が必要 ひつよう である。核 かく 内 ない への輸送 ゆそう に用 もち いられるカリオフェリンはインポーチン 、核 かく 外 がい への輸送 ゆそう に用 もち いられるものはエクスポーチン と呼 よ ばれる[2] [3] 。
細胞 さいぼう 質 しつ から核 かく へ輸送 ゆそう されるタンパク質 たんぱくしつ には、インポーチンが結合 けつごう する核 かく 局在 きょくざい 化 か シグナル (NLS)が存在 そんざい している。NLSはタグとして働 はたら くアミノ酸 あみのさん 配列 はいれつ である。その配列 はいれつ は多様 たよう であり、親水 しんすい 的 てき な配列 はいれつ であることが一般 いっぱん 的 てき であるが、疎水 そすい 的 てき な配列 はいれつ も記載 きさい されている[1] 。エクスポーチンと結合 けつごう したタンパク質 たんぱくしつ 、tRNA 、組 く み立 た てられたリボソーム サブユニットは核 かく 外 がい へ輸送 ゆそう される。エクスポーチンは核 かく 外 がい 搬出 はんしゅつ シグナル (NES)と呼 よ ばれるシグナル配列 はいれつ に結合 けつごう する。インポーチンとエクスポーチンの積 つ み荷 に を輸送 ゆそう する能力 のうりょく は、Ras 関連 かんれん GTPアーゼ であるRan によって調節 ちょうせつ される。
GTPアーゼはグアノシン三 さん リン酸 さん (GTP)と呼 よ ばれる分子 ぶんし を結合 けつごう する酵素 こうそ で、その後 ご 加水 かすい 分解 ぶんかい によってグアノシン二 に リン酸 さん (GDP)を作 つく り出 だ してエネルギーを放出 ほうしゅつ する。Ranは、GTPとGDPのどちらと結合 けつごう しているかによってコンフォメーション が異 こと なる。GTP結合 けつごう 状態 じょうたい では、Ranはカリオフェリン(インポーチンとエクスポーチン)に結合 けつごう することができる。インポーチンはGTP結合 けつごう 型 がた Ranとの結合 けつごう に伴 ともな い積 つ み荷 に を解離 かいり する一方 いっぽう 、エクスポーチンは積 つ み荷 に を輸送 ゆそう するためにGTP結合 けつごう 型 がた Ranとの三 さん 者 しゃ 複 ふく 合体 がったい を形成 けいせい しなければならない。Ranのどちらの結合 けつごう 状態 じょうたい が優勢 ゆうせい であるかは、Ranが核 かく に位置 いち しているか(GTP結合 けつごう 型 がた が優勢 ゆうせい )、細胞 さいぼう 質 しつ に位置 いち しているか(GDP結合 けつごう 型 がた が優勢 ゆうせい )によって異 こと なる。
RNAやタンパク質 たんぱくしつ のような高分子 こうぶんし は、Ran-GTP核 かく 輸送 ゆそう サイクルと呼 よ ばれる過程 かてい で核 かく 膜 まく を越 こ えて能動 のうどう 輸送 ゆそう される。
インポーチンは細胞 さいぼう 質 しつ で積 つ み荷 に と結合 けつごう し、その後 ご 核 かく 膜 まく 孔 あな 複 ふく 合体 がったい と相互 そうご 作用 さよう してチャネルを通過 つうか できるようになる[4] 。いったん核 かく 内 ない に入 はい ると、GTP結合 けつごう 型 がた Ran(Ran-GTP)との相互 そうご 作用 さよう によってインポーチンのコンフォメーション変化 へんか が引 ひ き起 お こされ、積 つ み荷 に が解離 かいり する[5] 。その結果 けっか 生 しょう じたインポーチンとRan-GTPとの複 ふく 合体 がったい は細胞 さいぼう 質 しつ へ移行 いこう し、そこでRan結合 けつごう タンパク質 たんぱくしつ (RanBP)がRan-GTPをインポーチンから引 ひ き離 はな す[4] 。この分離 ぶんり によってGTPアーゼ活性 かっせい 化 か タンパク質 たんぱくしつ (GAP)がRan-GTPに結合 けつごう できるようになり、GTPをGDPへ加水 かすい 分解 ぶんかい する[6] 。この過程 かてい によって生 しょう じたRan-GDPは核 かく 輸送 ゆそう 因子 いんし NUTF2 (英語 えいご 版 ばん ) と結合 けつごう し、核 かく へ送 おく り返 かえ される。核 かく ではRan-GDPはグアニンヌクレオチド交換 こうかん 因子 いんし (GEF)と相互 そうご 作用 さよう し、GDPがGTPへ置 お き換 か えられる。こうして再 ふたた びRan-GTPとなり、新 あら たなサイクルが開始 かいし される。
核 かく 外 がい 輸送 ゆそう は大 おお まかに言 い えば核 かく 内 ない 輸送 ゆそう の逆 ぎゃく の過程 かてい である。核 かく 内 ない でエクスポーチンは積 つ み荷 に タンパク質 たんぱくしつ とRan-GTPと結合 けつごう し、核 かく 膜 まく 孔 あな を通 とお って細胞 さいぼう 質 しつ へ拡散 かくさん し、細胞 さいぼう 質 しつ で複 ふく 合体 がったい は解離 かいり する。Ran-GTPはGAPと結合 けつごう してGTPを加水 かすい 分解 ぶんかい し、Ran-GDP複 ふく 合体 がったい は核 かく へ送 おく り返 かえ されてGDPはGTPへ置 お き換 か えられる。したがって、インポーチンは積 つ み荷 に の解離 かいり をRan-GTPに依存 いぞん し、エクスポーチンは積 つ み荷 に の結合 けつごう のためにRan-GTPを必要 ひつよう とする[7] 。
転写 てんしゃ 後 ご 修飾 しゅうしょく が完了 かんりょう した後 のち の成熟 せいじゅく mRNA の細胞 さいぼう 質 しつ への輸送 ゆそう は特別 とくべつ なmRNA核 かく 外 がい 輸送 ゆそう タンパク質 たんぱくしつ によって行 おこな われる。この過程 かてい の活性 かっせい はRanに依存 いぞん するが、その機構 きこう はあまり解明 かいめい されていない。特 とく に転写 てんしゃ が多 おお く行 おこな われる一部 いちぶ の遺伝子 いでんし は核 かく 膜 まく 孔 あな の物理 ぶつり 的 てき 近傍 きんぼう に位置 いち しており、転移 てんい 過程 かてい が促進 そくしん されている[8] 。
tRNAの核 かく 外 がい 輸送 ゆそう もtRNAが受 う けるさまざまな修飾 しゅうしょく に依存 いぞん しており、それによって適切 てきせつ に機能 きのう しないtRNAの核 かく 外 がい 輸送 ゆそう が防 ふせ がれている。tRNAは新生 しんせい ペプチド 鎖 くさり へのアミノ酸 あみのさん の付加 ふか という翻訳 ほんやく における中心 ちゅうしん 的 てき 役割 やくわり を果 は たすため、この品質 ひんしつ 管理 かんり 機構 きこう は重要 じゅうよう である。脊椎動物 せきついどうぶつ におけるtRNAの核 かく 外 がい 輸送 ゆそう 因子 いんし はエクスポーチン-t (英語 えいご 版 ばん ) と呼 よ ばれている。エクスポーチン-tは核 かく 内 ない でtRNAに直接 ちょくせつ 結合 けつごう し、この過程 かてい はRan-GTPの存在 そんざい 下 か で促進 そくしん される。tRNAの構造 こうぞう に影響 えいきょう を与 あた える変異 へんい によってエクスポーチン-tへの結合 けつごう は阻害 そがい され、従 したが ってこの段階 だんかい も細胞 さいぼう にとって別 べつ の品質 ひんしつ 管理 かんり 段階 だんかい となっている[9] 。上述 じょうじゅつ したものと同様 どうよう に、いったん複 ふく 合体 がったい が核 かく 膜 まく を越 こ えると、tRNAの積 つ み荷 に は解離 かいり し細胞 さいぼう 質 しつ へ放出 ほうしゅつ される。
多 おお くのタンパク質 たんぱくしつ がNESとNLSの双方 そうほう を持 も っており、そのため常 つね に核 かく と細胞 さいぼう 質 しつ を往復 おうふく (シャトリング)していることが知 し られている。特定 とくてい の場合 ばあい には、これらの段階 だんかい のいずれか(すなわち核 かく 内 ない 輸送 ゆそう か核 かく 外 がい 輸送 ゆそう のどちらか)が翻訳 ほんやく 後 ご 修飾 しゅうしょく などによって調節 ちょうせつ される。
タンパク質 たんぱくしつ のシャトリングはheterokaryon fusion assayによって評価 ひょうか することができる[10] 。
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