stringtranslate.com

Сигнальный пептид

Сигнальный пептид (иногда называемый сигнальной последовательностью , сигналом нацеливания , сигналом локализации , последовательностью локализации , транзитным пептидом , лидерной последовательностью или лидерным пептидом ) представляет собой короткий пептид (обычно длиной 16-30 аминокислот ) [1], присутствующий в N- конце (или иногда неклассически на С-конце [2] или внутри) большинства вновь синтезированных белков , которые направляются по секреторному пути . [3] К этим белкам относятся те, которые находятся либо внутри определенных органелл ( эндоплазматический ретикулум , аппарат Гольджи или эндосомы ), секретируются из клетки или встраиваются в большинство клеточных мембран. Хотя большинство мембраносвязанных белков типа I содержат сигнальные пептиды, большинство мембраносвязанных белков типа II и многопролетных мембраносвязанных белков направляются на секреторный путь с помощью своего первого трансмембранного домена , который биохимически напоминает сигнальную последовательность, за исключением того, что он не расщепляется. Они являются своего рода целевым пептидом .

Функция (транслокация)

Сигнальные пептиды побуждают клетку переместить белок , обычно в клеточную мембрану. У прокариот сигнальные пептиды направляют вновь синтезированный белок в белок-проводящий канал SecYEG, который присутствует в плазматической мембране . Гомологичная система существует у эукариот , где сигнальный пептид направляет вновь синтезированный белок в канал Sec61, который имеет структурную и последовательность гомологию с SecYEG, но присутствует в эндоплазматическом ретикулуме. [4] Каналы SecYEG и Sec61 обычно называются транслоконами , а транзит через этот канал известен как транслокация. Пока секретируемые белки проходят через канал, трансмембранные домены могут диффундировать через латеральные ворота транслокона и распределяться в окружающую мембрану.

Состав

Ядро сигнального пептида содержит длинный участок гидрофобных аминокислот (длиной около 5–16 остатков) [5] , который имеет тенденцию образовывать одну альфа-спираль и также называется «h-областью». Кроме того, многие сигнальные пептиды начинаются с короткого положительно заряженного участка аминокислот, что может помочь обеспечить правильную топологию полипептида во время транслокации в соответствии с так называемым правилом положительной внутренней части . [6] Из-за близкого расположения к N-концу его называют «n-областью». На конце сигнального пептида обычно имеется участок аминокислот, который распознается и расщепляется сигнальной пептидазой и поэтому называется сайтом расщепления. Этот сайт расщепления отсутствует в трансмембранных доменах, которые служат сигнальными пептидами, которые иногда называют сигнальными якорными последовательностями. Сигнальная пептидаза может расщеплять либо во время, либо после завершения транслокации с образованием свободного сигнального пептида и зрелого белка. Свободные сигнальные пептиды затем расщепляются специфическими протеазами. Более того, разные типы сигнальных пептидов нацелены на разные целевые места. Например, структура целевого пептида, нацеленного на митохондриальную среду, различается по длине и демонстрирует чередование небольших положительно заряженных и гидрофобных участков. Сигнальные пептиды, направляющие ядро, могут быть обнаружены как на N-конце, так и на С-конце белка и в большинстве случаев сохраняются в зрелом белке.

Аминокислотную последовательность N-концевого сигнального пептида можно определить с помощью деградации по Эдману — циклической процедуры, при которой аминокислоты отщепляются по одной. [7] [8]

Котрансляционная и посттрансляционная транслокация

Как у прокариот, так и у эукариот сигнальные последовательности могут действовать котрансляционно или посттрансляционно.

Путь котрансляции инициируется, когда сигнальный пептид выходит из рибосомы и распознается частицей распознавания сигнала (SRP). [9] Затем SRP останавливает дальнейшую трансляцию (арест трансляции происходит только у эукариот) и направляет комплекс сигнальная последовательность-рибосома-мРНК к рецептору SRP , который присутствует на поверхности либо плазматической мембраны (у прокариот), либо ЭР ( у эукариот). [10] Как только мембранное нацеливание завершено, сигнальная последовательность вставляется в транслокон. Затем рибосомы физически прикрепляются к цитоплазматической поверхности транслокона, и синтез белка возобновляется. [11]

Посттрансляционный путь начинается после завершения синтеза белка. У прокариот сигнальная последовательность посттрансляционных субстратов распознается белком- шапероном SecB , который передает белок АТФазе SecA , которая, в свою очередь, перекачивает белок через транслокон. Хотя известно, что посттрансляционная транслокация происходит у эукариот, она плохо изучена. Известно, что у дрожжей для посттрансляционной транслокации необходим транслокон и два дополнительных мембраносвязанных белка, Sec62 и Sec63 . [12]

Определение эффективности секреции

Сигнальные пептиды чрезвычайно гетерогенны, многие прокариотические и эукариотические пептиды функционально взаимозаменяемы внутри или между видами, и все они определяют эффективность секреции белка. [13] [14] [15]

Особенности уровня нуклеотидов

У позвоночных область мРНК, которая кодирует сигнальный пептид (т.е. область, кодирующая сигнальную последовательность, или SSCR), может функционировать как элемент РНК со специфическими активностями. SSCR способствуют экспорту ядерной мРНК и правильной локализации на поверхности эндоплазматической сети. Кроме того, SSCR имеют специфические особенности последовательности: они имеют низкое содержание аденина , обогащены определенными мотивами и имеют тенденцию присутствовать в первом экзоне с частотой, превышающей ожидаемую. [16] [17]

Альтернативные механизмы секреции

Белки без сигнальных пептидов также могут секретироваться нетрадиционными механизмами. Например, Интерлейкин, Галектин. [18] Процесс, посредством которого такие секреторные белки получают доступ к внешней поверхности клетки, называется секрецией нетрадиционных белков (UPS). У растений даже 50% секретируемых белков могут быть зависимы от УПС. [19]

Неклассические последовательности

Сигнальные пептиды обычно располагаются на N-конце белков. Некоторые имеют С-концевые или внутренние сигнальные пептиды (примеры: сигнал пероксисомального нацеливания и сигнал ядерной локализации). Структура этих неклассических сигнальных пептидов сильно отличается от N-концевых сигнальных пептидов. [2]

Номенклатура

Сигнальные пептиды не следует путать с лидерными пептидами, иногда кодируемыми лидерной мРНК, хотя оба иногда неоднозначно называют «лидерными пептидами». Эти другие лидерные пептиды представляют собой короткие полипептиды, которые не участвуют в локализации белка, но вместо этого могут регулировать транскрипцию или трансляцию основного белка и не являются частью конечной последовательности белка. Этот тип лидерного пептида в первую очередь относится к форме регуляции генов, обнаруженной у бактерий, хотя аналогичный механизм используется для регуляции генов эукариот, который называется uORF (восходящие открытые рамки считывания).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Капп, Катя; Шремпф, Сабрина; Лемберг, Мариус К.; Добберштейн, Бернхард (01 января 2013 г.). Посттаргетинговые функции сигнальных пептидов. Ландес Бионаука.
  2. ^ аб Оджи, Хаджар; Незафат, Навид; Негадарипур, Маника; Хаджибрахими, Али; Гасеми, Юнес (август 2018 г.). «Всесторонний обзор сигнальных пептидов: структура, роль и применение». Европейский журнал клеточной биологии . 97 (6): 422–441. doi :10.1016/j.ejcb.2018.06.003. PMID  29958716. S2CID  49612506.
  3. ^ Блобель Г., Добберштейн Б. (декабрь 1975 г.). «Перенос белков через мембраны. I. Наличие протеолитически процессированных и непроцессированных легких цепей иммуноглобулина на мембраносвязанных рибосомах мышиной миеломы». Журнал клеточной биологии . 67 (3): 835–51. дои : 10.1083/jcb.67.3.835. ПМК 2111658 . ПМИД  811671. 
  4. ^ Рапопорт Т.А. (ноябрь 2007 г.). «Транслокация белков через эукариотический эндоплазматический ретикулум и бактериальные плазматические мембраны». Природа . 450 (7170): 663–9. Бибкод : 2007Natur.450..663R. дои : 10.1038/nature06384. PMID  18046402. S2CID  2497138.
  5. ^ Келл Л., Крог А., Зоннхаммер Э.Л. (май 2004 г.). «Комбинированный метод прогнозирования трансмембранной топологии и сигнальных пептидов». Журнал молекулярной биологии . 338 (5): 1027–36. дои : 10.1016/j.jmb.2004.03.016. ПМИД  15111065.
  6. ^ фон Хейне Г. , Гавел Ю. (июль 1988 г.). «Топогенные сигналы в интегральных мембранных белках». Европейский журнал биохимии . 174 (4): 671–8. дои : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14150.x . ПМИД  3134198.
  7. ^ «26.6 Секвенирование пептидов: деградация Эдмана» . Химия LibreTexts . 26 августа 2015 г. Проверено 27 сентября 2018 г.
  8. ^ «Служба N-концевого секвенирования - деградация Эдмана» . www.alphalyse.com . Проверено 27 сентября 2018 г.
  9. ^ Уолтер П., Ибрагими I, Блобель Дж. (ноябрь 1981 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум. I. Белок распознавания сигналов (SRP) связывается с полисомами, собранными in vitro, синтезирующими секреторный белок». Журнал клеточной биологии . 91 (2 ч. 1): 545–50. дои : 10.1083/jcb.91.2.545. ПМК 2111968 . ПМИД  7309795. 
  10. ^ Гилмор Р., Блобель Г., Уолтер П. (ноябрь 1982 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум. I. Обнаружение на микросомальной мембране рецептора частицы, распознающей сигнал». Журнал клеточной биологии . 95 (2, часть 1): 463–9. дои : 10.1083/jcb.95.2.463. ПМК 2112970 . ПМИД  6292235. 
  11. ^ Герлих Д., Прен С., Хартманн Э., Калис К.У., Рапопорт Т.А. (октябрь 1992 г.). «Гомолог SEC61p и SECYp у млекопитающих связан с рибосомами и возникающими полипептидами во время транслокации». Клетка . 71 (3): 489–503. дои : 10.1016/0092-8674(92)90517-G. PMID  1423609. S2CID  19078317.
  12. ^ Панцнер С., Драйер Л., Хартманн Э., Костка С., Рапопорт Т.А. (май 1995 г.). «Посттрансляционный транспорт белков в дрожжах, восстановленный очищенным комплексом белков Sec и Kar2p». Клетка . 81 (4): 561–70. дои : 10.1016/0092-8674(95)90077-2 . PMID  7758110. S2CID  14398668.
  13. ^ Кобер Л., Зехе С., Боде Дж. (апрель 2013 г.). «Оптимизированные сигнальные пептиды для разработки линий клеток CHO с высокой экспрессией». Биотехнология и биоинженерия . 110 (4): 1164–73. дои : 10.1002/bit.24776. PMID  23124363. S2CID  449870.
  14. ^ фон Хейне Г (июль 1985 г.). «Сигнальные последовательности. Пределы вариаций». Журнал молекулярной биологии . 184 (1): 99–105. дои : 10.1016/0022-2836(85)90046-4. ПМИД  4032478.
  15. ^ Молино СП, де Карвальо Дж.К., Мэйфилд СП (06 февраля 2018 г.). «Сравнение секреторных сигнальных пептидов для экспрессии гетерологичных белков в микроводорослях: расширение спектра секреции Chlamydomonas Reinhardtii». ПЛОС ОДИН . 13 (2): e0192433. Бибкод : 2018PLoSO..1392433M. дои : 10.1371/journal.pone.0192433 . ПМК 5800701 . ПМИД  29408937. 
  16. ^ Палаццо А.Ф., Спрингер М., Шибата Ю., Ли К.С., Диас А.П., Рапопорт Т.А. (декабрь 2007 г.). «Кодирующая область сигнальной последовательности способствует ядерному экспорту мРНК». ПЛОС Биология . 5 (12): е322. doi : 10.1371/journal.pbio.0050322 . ПМК 2100149 . ПМИД  18052610. 
  17. ^ Ченик С., Чуа Х.Н., Чжан Х., Тарнавски С.П., Акеф А., Дерти А. и др. (апрель 2011 г.). Снайдер М. (ред.). «Анализ генома показывает взаимодействие между интронами 5'UTR и экспортом ядерной мРНК для секреторных и митохондриальных генов». ПЛОС Генетика . 7 (4): e1001366. дои : 10.1371/journal.pgen.1001366 . ПМК 3077370 . ПМИД  21533221. 
  18. ^ Никель В., Зеедорф М. (2008). «Нетрадиционные механизмы транспорта белков на клеточную поверхность эукариотических клеток». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 24 : 287–308. doi : 10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175320. ПМИД  18590485.
  19. ^ Агравал Г.К., Джва Н.С., Лебрен М.Х., Джоб Д., Раквал Р. (февраль 2010 г.). «Секретом растений: раскрытие секретов секретируемых белков». Протеомика . 10 (4): 799–827. дои : 10.1002/pmic.200900514. PMID  19953550. S2CID  20647387.

Внешние ссылки