蛋白质进入细胞核

在真核细胞中，细胞核是最主要的细胞器，一般位于细胞的中央，具有双层膜结构，其外层核膜与内质网膜相联系。真核细胞的核膜是控制细胞质和细胞核之间进行物质交换的通透屏障。核孔复合体（nuclear pore complexes，NPCs）是核内外物质转运的通道。在细胞核内行驶功能的蛋白质，如组蛋白、核糖体蛋白、DNA和RNA聚合酶、转录因子等，由细胞质合成后经核孔复合体运送到细胞核内；同时，在细胞核中生成或合成的物质，如mRNA、tRNA以及核糖体蛋白亚单位等，需要通过核孔复合体运送到细胞质中后去行使功能。细胞核和细胞质之间的物质运输十分频繁，每3分钟有106个组蛋白被运进细胞核内，在DNA合成期时每分钟每一个核孔复合体有100个组蛋白被运进细胞核内，以便与新合成的DNA组装成染色质。

细胞质和细胞核内的物质通过核孔复合体有两种运输方式，一种是被动运输，一种是主动运输。小的水溶性分子、小分子代谢产物以及相对分子质量小于50 kDa或直径小于10 nm的蛋白质分子可以自由通过核孔复合体；相对分子质量大的蛋白质和其他大分子物质则要通过主动运输方式通过核孔复合体，这个主动运输过程是一个信号识别和载体介导的过程，大分子蛋白质需要核定位信号及其相应的受体引导。而在核内的核糖体亚单位、tRNA和mRNA等则在核转移蛋白的介导下，经核孔从核内转移到细胞质中。

1982年，Dingwall等首先发现爪蟾卵（Xenopus）核质蛋白C端的一段氨基酸顺序对其入核是必须的，此后在RNA结合蛋白、转录因子、甾体激素受体、细胞因子及其受体、细胞内激酶中亦发现了核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。

1.核定位信号 又称核输入信号（nuclear import signal）是存在于蛋白质中的一段富含正电的氨基酸序列，介导蛋白质由细胞质向细胞核转运。经典的NLS由核心NLS（core NLS）及其旁侧的调控顺序构成。核心NLS是一段由4～6个氨基酸残基组成的短肽，其氨基酸组成决定了信号的强弱，通常碱性氨基酸形成强入核信号，而中性或酸性氨基酸的存在会减弱其信息强度以至成为不完全的NLS。核心NLS旁侧为调控顺序，以多个丝氨酸或苏氨酸残基为特征。这些羟基氨基酸残基是胞内多种激酶磷酸酶系统的靶点，通过其磷酸化和去磷酸化作用调节NLS信号的强度。(https://www.daowen.com)

核蛋白的输入，不仅需要核定位信号，同时还需要一些核输入受体（如importinα/β）的协助。

2.核输入受体 是一类游离于胞质中的蛋白质。核定位信号的受体称为核输入受体（nuclear import receptor），是由相关基因家族编码的一类受体蛋白，每个家族成员编码一种核输入受体，可识别一组具有相似核定位信号的细胞核蛋白质。Importinα家族是NLS受体，相对分子质量为60 kDa的蛋白，其C-端是NLS的结合区，N-端是improtin β的结合区，入核蛋白的NLS与importin α结合形成蛋白importin α复合物，使importin α的构象改变，暴露出improtin β的结合位点。此外，importin α自身具有NLS，能与自身的受体发生分子内作用，其NLS区与improtin β结合区重叠，而importin α与improtin β的结合破坏了其自身分子内的作用，增强了importin α对NLS的亲和力。基于此，入核蛋白importin α-improtin β形成的复合体，可通过复合体的improtin β与核孔蛋白结合，使核孔蛋白的构象改变，将复合物通过NPC进入细胞核。随后，importin α和improtin β，在其他蛋白的辅助下，重新运送回胞质。这一过程依赖于GTP偶联蛋白Ran，在细胞质中，Ran以Ran-GDP的形式存在，起到稳定转运复合物的作用，在细胞核中，Ran以Ran-GTP的形式存在，Ran-GTP与importin α竞争结合importin β1，从而导致importin β1从转运复合物上解聚。

与经典的NLS不同，非经典的NLS一般直接结合improtin β家族的核输入受体，然后将入核蛋白运输到细胞核内。