CRM1による核外輸送機構の構造基盤の解明

CRM阐明核出口机制的结构基础1

基本信息

批准号：
10J05907
负责人：
小山昌子
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

真核細胞では,核-細胞質間で生体高分子(蛋白質やRNA)を選択的に能動輸送する機構が確立している。この核-細胞質間高分子輸送は,「生命の司令塔」ともいうべき細胞核の機能を制御するという特別な重要性をもち,発生や分化,神経機能など多様な生理機能の制御に関わる。細胞内輸送のように大きな蛋白質複合体のダイナミックな離合集散が鍵を握る生理機能においては,複合体形成・解離のキネティクスが極めて重要であるにも関わらず,これまでキネティクスが詳細に研究されたケースは驚くほど少ない。本研究ではとくに代表的な核外輸送受容体であるCRM1に着目した。独自に開発した速度論解析系により,核内に局在しCRM1による核外輸送を促進することが知られるYrb2が,CRM1核外輸送複合体の形成反応のキネティクスを著しく上昇させることを見出した。さらに核外輸送複合体の形成反応中間体に相当するCRM1:Yrb2:RanGTP三者複合体の結晶構造を2.3Å分解能で解くことに成功した。この結晶構造から,Yrb2がCRM1核外輸送複合体の形成反応を促進する機構について,以下のように考えるとうまく説明することができる:Yrb2は核内でCRM1核外輸送複合体の形成を触媒的に促進する足場蛋白質として機能する。(1)Yrb2は2個のFGリピートとRan結合ドメインを使って,CRM1にRanGTPをリクルートする。このときCRM1のNES結合部位は閉じており,またYrb2のFGリピートがCRM1外側表面のFGリピート結合部位を塞ぎCRM1と核膜孔蛋白質の結合を阻害するため,Yrb2はNESがまだ結合していないCRM1が核膜孔を通過して細胞質に無駄に出てしまうのを防ぐ。(2)ただし,Yrb2のRan結合ドメインとRanGTPとの結合は非常に弱いため,Yrb2のRan結合ドメインがRanGTPから解離することに伴うCRM1の構造変化(NES結合部位が閉じた状態から開いた状態に変化すること)とNESの結合は容易に起こる。いったんNESがCRM1に結合するとRan結合ドメインの再結合は阻害され,Yrb2のFGリピートはCRM1から解離しやすくなる。(3)Yrb2が解離してFGリピート結合部位が露出したCRM1核外輸送複合体は,核膜孔に入って細胞質に出てくことができ,フリーになったYrb2は再び核外輸送複合体の形成促進サイクルに入る。

在真核细胞中，已经建立了生物聚合物（蛋白质和RNA）在细胞核和细胞质之间选择性主动运输的机制。这种核-胞质聚合物运输对于控制细胞核的功能具有特殊的重要性，细胞核堪称“生命的控制塔”，参与发育、分化、神经等多种生理功能的控制。功能。尽管复合物形成和解离的动力学在细胞内运输等生理功能中极其重要，其中大蛋白质复合物的动态解离和解离是关键，但迄今为止对该动力学进行详细研究的案例却少得可怜。在本研究中，我们重点关注 CRM1，一种代表性的核输出受体。使用独立开发的动力学分析系统，我们发现Yrb2位于细胞核中并已知可促进CRM1的核输出，显着增加了CRM1核输出复合物的形成反应的动力学。此外，我们成功解析了 CRM1:Yrb2:RanGTP 三元配合物的晶体结构，该三元配合物对应于核输出配合物的形成反应中间体，分辨率为 2.3 Å。从该晶体结构，Yrb2促进CRM1核输出复合物形成反应的机制可以解释如下：Yrb2催化细胞核中CRM1核输出复合物的形成，并起到促进作用的支架蛋白。 (1) Yrb2 使用两个 FG 重复序列和一个 Ran 结合域将 RanGTP 招募到 CRM1。此时CRM1的NES结合位点关闭，Yrb2的FG重复序列阻断了CRM1外表面的FG重复结合位点，抑制了CRM1与核孔蛋白的结合，因此Yrb2还没有与NES结合. 防止 CRM1 通过核孔并浪费在细胞质中。（2）然而，由于Yrb2的Ran结合域和RanGTP之间的结合非常弱，因此CRM1由于Yrb2的Ran结合域从RanGTP解离而发生结构变化（NES结合位点从RanGTP上解离出来）。关闭状态到打开状态）NES 和 NES 的组合很容易发生。一旦 NES 与 CRM1 结合，Ran 结合域的重新关联就会受到抑制，并且 Yrb2 的 FG 重复序列更有可能与 CRM1 分离。 (3) CRM1核输出复合物，其中Yrb2解离，FG重复结合位点暴露，可以进入核孔并退出到细胞质，游离的Yrb2重新加入核输出复合物，进入形成促进循环。