16.4: 핵 위치 파악 신호 및 수입

핵을 표적으로 삼는 단백질은 핵 국소화 신호(NLS)라고 불리는 짧은 길이의 아미노산 서열을 운반합니다. 고전적인 핵 위치 파악 신호에는 단일 분할 NLS와 이분 분할 NLS의 두 가지 유형이 있습니다. cNLS(단분절 고전 NLS)는 4~8개 아미노산의 단일 클러스터로 구성됩니다. 이분 cNLS는 2~3개 아미노산의 두 클러스터와 두 클러스터를 연결하는 9~12개의 잔기 긴 프롤린이 풍부한 링커로 구성됩니다. 신호 클러스터는 라이신 및 아르기닌과 같은 양전하를 띤 아미노산이 풍부하며 루프 또는 신호 패치로 존재합니다. cNLS 외에도 NLS의 다른 강은 다음과 같습니다.

1) 비고전적 NLS,

2) 추정 NLS,

3) 공간적 에피토프 NLS,

4) 암호화된 NLS 및

5) 다중 NLS.

NLS는 알파 및 베타 하위 단위로 만들어진 임포틴이라는 가용성 핵 수입 수용체에 의해 인식됩니다. 임포틴 알파는 화물 단백질과 결합하여 수용체-화물 복합체를 형성합니다. 임포틴 베타는 FG 뉴클레오포린과 상호작용하여 핵을 가로질러 수용체-화물 복합체를 운반합니다. 일단 핵 내부로 들어가면 임포틴 베타는 GTP 결합 소형 단량체인 Ran GTPase와 상호작용하여 임포틴 알파-화물 복합체의 해리를 유도합니다. 임포틴 알파의 수출 수용체인 Cas-Ran GTP는 Nup 50 및 임포틴 알파와 결합하여 화물을 핵으로 방출합니다. 임포틴 베타-Ran GTP 복합체와 CAS-Ran GTP-임포틴 알파 복합체는 또 다른 핵 수입을 위해 세포질로 다시 이동합니다.

세포질에서 핵으로 가져온 단백질에는 핵 국소화 신호(nuclear localization signal) 또는 NLS라고 하는 짧은 아미노산 염기서열이 포함되어 있습니다.

특수 핵 수입 수용체인 임포틴(Importins)은 화물 단백질의 NLS를 인식하고 핵공 복합체 또는 NPC를 통해 핵으로 운반합니다.

importins는 알파와 베타 소단위체의 용해성 이량체로 세포질에 존재합니다. Importin alpha는 화물 단백질의 NLS와 결합하여 화물 수용체 복합체를 형성합니다.

Importin beta는 NPC에서 뻗어 나온 세포질 원섬유를 결합하고 화물 수용체 복합체를 채널의 개구부에 도킹합니다.

NPC의 내부 채널에는 젤과 같은 선택적 장벽을 형성하는 페닐알라닌-글리신 또는 FG가 풍부한 반복이 늘어서 있습니다.

화물 수용체 복합체가 채널을 통해 이동함에 따라 베타 소단위체는 FG 반복과 여러 개의 약한 접촉을 만들고 채널을 가로질러 도약하여 FG 반복 간의 상호 작용을 끊고 젤 같은 장벽을 용해합니다. 이러한 반복적인 접촉과 용해를 통해 화물 수용체 복합체는 핵 내부로 이동합니다.

핵 내에서 Ran이라고 하는 GTP 결합 단백질은 importin beta와 결합하고 수용체의 구조적 변화를 유도하여 화물 단백질을 방출합니다.

그런 다음 importin-Ran-GTP 복합체는 다시 사이토솔로 운반되어 GTP가 가수분해되어 또 다른 화물 수입을 위해 importin을 방출합니다.