CRM1による核外輸送機構の構造基盤の解明

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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。