このページはRCSBの David S. Goodsell博士による「Molecule of the Month」2007年1月の記事を日本語に訳したものです。転載・引用については利用規約をご覧下さい。
「今月の分子」一覧に戻る / この記事のRCSBオリジナルサイト(英語)を見る
:翻訳 工藤高裕 (PDBj)
インポーチンβ(青・上、PDB:1qgk)、インポーチンα(緑・中央、PDB:1ee5)、ヌクレオプラスミン(黄・下、PDB:1k5j)

細胞内において、タンパク質合成の過程は2つの区画に分かれて行われている。前半はDNAがRNAに転写される部分で、この仕事は核で行われる。後半はRNAが翻訳されてタンパク質が構築される部分で、この仕事は核の外、細胞質にあるリボソームで行われる。この場所の分離は分子の連続的輸送のために必要である。新しいRNA分子は核から出て行く必要があるが、新しく合成されたヒストンやポリメラーゼといった核タンパク質は核に戻ってこなくてはならない。巨大な管状の核孔は核と細胞質をつなぐ輸送路として働き、インポーチン(importin)とエクスポーチン(exportin)(合わせてカリオフェリン(karyopherin)として知られる)がその穴を行ったり来たりして分子を輸送する。

特別な配達

インポーチンは何千種類ものタンパク質を核内に輸送し、ゲノムの貯蔵、読み取り、修復などの様々な仕事を行っている。しかし、分子種ごとに特有のインポーチンを設計するのは手間がかかりすぎる。そこで、多くの核タンパク質はそれが分かるように特有の札(タグ)をつけている。これは核局在化信号(nuclear localization signal)と呼ばれる短い配列で、輸送機械にそのタンパク質を核内へ輸送するよう伝える。インポーチンはこの信号を認識してそのタンパク質に結合し、核孔を通って核内へと輸送する。

輸入ビジネス

ここに示したインポーチン複合体(3つのPDBエントリー の分子で構成されている)は核局在化信号を持つタンパク質を輸送する。上にある青い分子はインポーチンβ(PDBエントリー 1qgk )である。これは複合体のエンジンに当たり、核孔を認識して複合体をそこに移動させる。インポーチンβは中央に緑色で示したインポーチンα(PDBエントリー 1ee5 )の末端を取り囲んでいる。インポーチンαはアダプター分子で、インポーチンβと荷物とつなぐ役割をしている。この図で荷物となっているのは下に黄色で示したヌクレオプラスミン(PDBエントリー 1k5j )である。この分子はヌクレオソーム(nucleosome)の集合に重要なシャペロンタンパク質である。この荷物から伸びた核局在化信号がどのようにしてインポーチンαにつかまれているかに注目して欲しい。

出る戦略

左:インポーチンβとRanの複合体(PDB:2bku) 右:インポーチンα、Ran、CASの複合体(PDB:1wa5)

一旦インポーチンβ/インポーチンα/荷物の複合体が核中に入ると、荷物を解放しインポーチンは細胞質に戻って再利用されなければならない。淡赤色で示したRanタンパク質は荷物の解放に関わっている。このタンパク質はインポーチンβに結合し、著しい形状変化を引き起こす。それによってインポーチンαと荷物は解放される。そして、インポーチンβとRanの複合体(左図、PDBエントリー 2bku )は穴を通って細胞質へと帰っていく。外に出ると、Ranの中にあるGTP(濃赤色)が分解されてRanは分離する。残ったインポーチンβは次の荷物となるタンパク質を輸送できるよう待機する。一方インポーチンαは自力で細胞質に戻ってくることができず、CAS(核排出因子の一種)の助けを借りる。上図右(PDBエントリー 1wa5 )ではこのCASを青紫色で示している。CASはインポーチンβと似ているが、核孔を移動する方向が反対である。CASはインポーチンαとRanに結合し、それらを核外に輸送している。そして核外に出ると同じようにRan内のGTPが分解されてインポーチンαが解放され、次の輸送に回る。

構造を見る

インポーチンβと核孔タンパク質の一部(PDB:2bpt)虹色の管はインポーチン、球は核孔タンパク質の一部で、赤い球はフェニルアラニン

インポーチンが核孔を通って分子を引っ張っていくのに使う実際の機構についてはいまだ活発に議論されているところではあるが、PDBエントリー 2bpt を見るとそれがどのようにして行われているかに関するヒントが得られる。核孔を構成する何千ものタンパク質は、柔軟で多くのフェニルアラニンを含む特有のアミノ酸配列で覆われている。インポーチンβの一方の側はこれらの特有配列に結合する。ここに示した構造にはインポーチンβ全部(虹色の管)と核孔タンパク質の断片(図下部にある球、赤はフェニルアラニンアミノ酸)が含まれる。フェニルアラニンがインポーチンの外側表面にある窪みに結合していることに注目して欲しい。インポーチンβはこの特有配列に導かれて核の外側から内側へ核孔を通り抜けることができる。

これらの構造を自分で見る時、鎖の折りたたまれ方が普通ではないところを見て欲しい。インポーチンβはばねのように折りたたまれ、おおきならせん型になって結合する相手を中に閉じこめる。

核孔について更に知りたい方は、2006/12/29 にキーワード「importin」でPDBエントリーを検索して作成したこちらのリストも参照のこと。また、遺伝的視点から見たインポーチンに関する追加情報が、欧州バイオインフォマティクス研究所(EBI)の「 今月のタンパク質 」で提供されているので合わせて参照いただきたい。

2006/12/29 キーワード検索による関連PDBエントリー一覧
このリストを閉じるには右上の×をクリックして下さい
PDB ID Title Authors Publication Year Journal Name Volume No First Page Pubmed ID
1bk5 Crystallographic analysis of the recognition of a nuclear localization signal by the nuclear import factor karyopherin alpha. Conti, E., Uy, M., Leighton, L., Blobel, G., Kuriyan, J. 1998 Cell 94 193 9695948
1bk6 Crystallographic analysis of the recognition of a nuclear localization signal by the nuclear import factor karyopherin alpha. Conti, E., Uy, M., Leighton, L., Blobel, G., Kuriyan, J. 1998 Cell 94 193 9695948
1ee4 Crystallographic analysis of the specific yet versatile recognition of distinct nuclear localization signals by karyopherin alpha. Conti, E., Kuriyan, J. 2000 Structure Fold.Des. 8 329 10745017
1ee5
1efx Crystal structure of an NK cell immunoglobulin-like receptor in complex with its class I MHC ligand. Boyington, J.C., Motyka, S.A., Schuck, P., Brooks, A.G., Sun, P.D. 2000 Nature 405 537 10850706
1ejl Structural basis of recognition of monopartite and bipartite nuclear localization sequences by mammalian importin-alpha. Fontes, M.R., Teh, T., Kobe, B. 2000 J.Mol.Biol. 297 1183 10764582
1ejy
1f59 Structural basis for the interaction between FxFG nucleoporin repeats and importin-beta in nuclear trafficking. Bayliss, R., Littlewood, T., Stewart, M. 2000 Cell 102 99 10929717
1gcj The adoption of a twisted structure of importin-beta is essential for the protein-protein interaction required for nuclear transport. Lee, S.J., Imamoto, N., Sakai, H., Nakagawa, A., Kose, S., Koike, M., Yamamoto, M., Kumasaka, T., Yoneda, Y., Tsukihara, T. 2000 J.Mol.Biol. 302 251 10964573
1ial Autoinhibition by an internal nuclear localization signal revealed by the crystal structure of mammalian importin alpha. Kobe, B. 1999 Nat.Struct.Biol. 6 388 10201409
1ibr Structural view of the Ran-Importin beta interaction at 2.3 A resolution Vetter, I.R., Arndt, A., Kutay, U., Gorlich, D., Wittinghofer, A. 1999 Cell (Cambridge,Mass.) 97 635 10367892
1iq1 Biophysical characterization of interactions involving importin-alpha during nuclear import. Catimel, B., Teh, T., Fontes, M.R., Jennings, I.G., Jans, D.A., Howlett, G.J., Nice, E.C., Kobe, B. 2001 J.Biol.Chem. 276 34189 11448961
1m5n Molecular basis for the recognition of a nonclassical nuclear localization signal by importin beta Cingolani, G., Bednenko, J., Gillespie, M.T., Gerace, L. 2002 Mol. Cell 10 1345 12504010
1o6o GLFG and FxFG nucleoporins bind to overlapping sites on importin-beta. Bayliss, R., Littlewood, T., Strawn, L.A., Wente, S.R., Stewart, M. 2002 J.Biol.Chem. 277 50597 12372823
1o6p
1pjm Structural basis for the specificity of bipartite nuclear localization sequence binding by importin-alpha Fontes, M.R.M., Teh, T., Jans, D., Brinkworth, R.I., Kobe, B. 2003 J.Biol.Chem. 278 27981 12695505
1pjn
1q1s Role of flanking sequences and phosphorylation in the recognition of the simian-virus-40 large T-antigen nuclear localization sequences by importin-alpha Fontes, M.R.M., Teh, T., Toth, G., John, A., Pavo, I., Jans, D.A., Kobe, B. 2003 Biochem.J. 375 339 12852786
1q1t
1qbk Structure of the nuclear transport complex karyopherin-beta2-Ran x GppNHp. Chook, Y.M., Blobel, G. 1999 Nature 399 230 10353245
1qgk Structure of importin-beta bound to the IBB domain of importin-alpha. Cingolani, G., Petosa, C., Weis, K., Muller, C.W. 1999 Nature 399 221 10353244
1qgr
1rrp Structure of a Ran-binding domain complexed with Ran bound to a GTP analogue: implications for nuclear transport. Vetter, I.R., Nowak, C., Nishimoto, T., Kuhlmann, J., Wittinghofer, A. 1999 Nature 398 39 10078529
1ukl The Structure of Importin-beta Bound to SREBP-2: Nuclear Import of a Transcription Factor Lee, S.J., Sekimoto, T., Yamashita, E., Nagoshi, E., Nakagawa, A., Imamoto, N., Yoshimura, M., Sakai, H., Chong, K.T., Tsukihara, T., Yoneda, Y. 2003 Science 302 1571 14645851
1un0 Structural basis for Nup2p function in cargo release and karyopherin recycling in nuclear import. Matsuura, Y., Lange, A., Harreman, M., Corbett, A., Stewart, M. 2003 Embo J. 22 5358 14532109
1w3b The superhelical TPR-repeat domain of O-linked GlcNAc transferase exhibits structural similarities to importin alpha. Jinek, M., Rehwinkel, J., Lazarus, B.D., Izaurralde, E., Hanover, J.A., Conti, E. 2004 Nat.Struct.Mol.Biol. 11 1001 15361863
1wa5 Structural basis for the assembly of a nuclear export complex. Matsuura, Y., Stewart, M. 2004 Nature 432 872 15602554
1y2a Phospholipid Scramblase 1 Contains a Nonclassical Nuclear Localization Signal with Unique Binding Site in Importin alpha Chen, M.-H., Ben-Efraim, I., Mitrousis, G., Walker-Kopp, N., Sims, P.J., Cingolani, G. 2005 J.Biol.Chem. 280 10599 15611084
1z3h The structure of the nuclear export receptor cse1 in its cytosolic state reveals a closed conformation incompatible with cargo binding Cook, A., Fernandez, E., Lindner, D., Ebert, J., Schlenstedt, G., Conti, E. 2005 Mol.Cell 18 355 15866177
2bku Structural basis for nuclear import complex dissociation by RanGTP. Lee, S.J., Matsuura, Y., Liu, S.M., Stewart, M. 2005 Nature 435 693 15864302
2bpt Structural basis for the high-affinity binding of nucleoporin Nup1p to the Saccharomyces cerevisiae importin-beta homologue, Kap95p. Liu, S.M., Stewart, M. 2005 J.Mol.Biol. 349 515 15878174
2c1m Nup50/Npap60 function in nuclear protein import complex disassembly and importin recycling. Matsuura, Y., Stewart, M. 2005 Embo J. 24 3681 16222336
2c1t
2h4m Rules for nuclear localization sequence recognition by karyopherin beta 2. Lee, B.J., Cansizoglu, A.E., Louis, T.H., Zhang, Z., Chook, Y.M. 2006 Cell 126 543 16901787

インポーチンについてさらに知りたい方へ

当記事を作成するに当たって用いた参考文献を以下に示します。

  • M. Stewart 2006 Structural basis of the nuclear protein import cycle. Biochemical Society Transactions 34 701-704
  • E. Conti, C. W. Muller and M. Stewart 2006 Karyopherin flexibility in nucleocytoplasmic transport. Current Opinion in Structural Biology 16 237-244
  • D. S. Goldfarb, A. H. Corbett, D. A. Mason, M. T. Harreman and S. A. Adam 2004 Importin alpha: a multipurpose nuclear-transport receptor. Trends in Cell Biology 14 505-514



「今月の分子」一覧に戻る
2007-01-01 (last edited: 7 months ago)2016-09-09
PDBj@FacebookPDBj@TwitterwwPDBwwPDB FoundationEM DataBank

Copyright © 2013-2017 日本蛋白質構造データバンク