16.6: 원자력 수송의 방향성

Ras 관련 핵 단백질 또는 Ran은 GTP와 GDP 결합 상태 사이를 순환하는 작은 G 단백질입니다. Ran 특정 조절인자, 세포질에 존재하는 Ran GTPase 활성화 단백질(RanGAP) 및 핵 내부에 존재하는 Ran 구아닌 뉴클레오티드 교환 인자(RanGEF)는 GTP/GDP 교환을 조절합니다. Ran 특정 조절자의 비대칭 분포와 더불어 세포 내부의 GTP 농도가 높으면 핵 내부의 RanGTP 농도가 높아집니다. 핵을 가로질러 형성된 RanGTP의 농도 구배는 핵 단백질의 단방향 이동을 돕습니다.

핵 수출 중에 RanGTP는 수출인을 묶고 화물을 묶는 친화력을 높입니다. Ran GTP-화물-수출 복합체는 핵 기공 복합체 또는 NPC를 통해 핵 밖으로 이동합니다. NPC의 세포질 측 근처에 존재하는 RanBP1과 RanBP2는 RanGAP 활동을 자극하여 Ran이 GTP 가수분해를 RanGDP로 진행하도록 돕습니다. 이는 화물-수출 친화성을 약화시켜 결국 세포질에서 화물을 방출하게 됩니다. RanGTP와 달리 RanGDP는 수용체만 결합할 수 없으며 엑스포틴을 방출하여 두 번째 화물 수출을 위해 핵으로 다시 재활용됩니다.

세포질에서 RanGTP의 지속적인 유출과 가수분해는 핵의 RanGTP 수준을 낮춥니다. 핵 수송 인자 2(NTF2)는 세포질에서 가수분해된 RanGDP와 결합하여 손실을 보상하기 위해 핵으로 다시 수송합니다. 핵 내부에서 RanGDP는 RanGEF인 염색질 응축 조절자 1(RCC1)과 결합하고 GDP/GTP 교환을 거쳐 핵 RanGTP 농도를 복원합니다.

수송의 방향성은 GTP와 복합체를 이룬 작은 단량체 단백질 Ran에 의해 유지됩니다. Ran-GTP는 원자력 수출 수용체 또는 수출체가 화물을 적재할 수 있도록 돕고, 수입 수용체 또는 수입자에 결합하여 원자핵에서 화물을 하역합니다.

핵 내에서 Ran은 염색질 결합 Ran-Guanine 뉴클레오티드 교환 인자 또는 Ran-GEF에 의해 조절되며, 이는 RanGDP를 RanGTP로 변환합니다.

세포질에서 Ran GTPase 활성화 단백질 또는 Ran-GAP는 Ran 결합 단백질 RanBP1과 결합하여 Ran GTP의 가수분해를 Ran GDP로 가속화합니다.

Ran 특이적 조절인자의 차등 국소화는 세포질보다 핵에서 훨씬 더 높은 농도의 Ran-GTP를 보장합니다.

단백질을 가져오는 동안 Ran-GTP는 유입되는 수입 화물 복합체와 결합하여 핵에서 화물 방출을 용이하게 합니다.

세포질에서 importin-cargo complex의 농도가 높을수록 화물 수입이 핵으로 더욱 증가합니다.

대조적으로, 원자력 수출 중 Ran-GTP는 핵 내 수출물의 화물 결합 친화도를 증가시킵니다. 세포질(cytosol)에 비해 핵 내 수출 화물 복합체의 농도가 더 높으면 단방향 이동이 보장됩니다.