stringtranslate.com

Транслокон

Транслокон (также известный как транслокатор или канал транслокации ) представляет собой комплекс белков , связанных с транслокацией полипептидов через мембраны. [1] У эукариот термин транслокон чаще всего относится к комплексу, который транспортирует зарождающиеся полипептиды с целевой сигнальной последовательностью во внутреннее (цистернальное или люменальное) пространство эндоплазматического ретикулума (ЭР) из цитозоля . Этот процесс транслокации требует, чтобы белок пересек гидрофобный липидный бислой . Тот же комплекс также используется для интеграции зарождающихся белков в саму мембрану ( мембранные белки ). У прокариот аналогичный белковый комплекс транспортирует полипептиды через (внутреннюю) плазматическую мембрану или интегрирует мембранные белки. [2] В любом случае белковый комплекс образован из белков Sec (Sec: секреторный), причем гетеротримерный Sec61 является каналом. [3] У прокариот гомологичный комплекс каналов известен как SecYEG. [4]

В этой статье основное внимание уделяется собственным транслоконам клетки, однако патогены также могут собирать другие транслоконы в мембранах своих хозяев, что позволяет им экспортировать факторы вирулентности в свои целевые клетки. [5]

Центральный канал

Канал транслокации представляет собой гетеротримерный белковый комплекс, называемый SecYEG у прокариот и Sec61 у эукариот. [6] Он состоит из субъединиц SecY, SecE и SecG. Структура этого канала в его неактивном состоянии была решена с помощью рентгеновской кристаллографии у архей . [4] SecY — это большая субъединица поры. На виде сбоку канал имеет форму песочных часов с воронкой на каждой стороне. Внеклеточная воронка имеет небольшую «заглушку», образованную из альфа-спирали . В середине мембраны находится конструкция, образованная поровым кольцом из шести гидрофобных аминокислот, которые проецируют свои боковые цепи внутрь. Во время транслокации белка заглушка отодвигается с пути, и полипептидная цепь перемещается из цитоплазматической воронки через поровое кольцо, внеклеточную воронку, во внеклеточное пространство. Гидрофобные сегменты мембранных белков выходят сбоку через латеральные ворота в липидную фазу и становятся сегментами, пронизывающими мембрану. [4]

В бактериях SecYEG образует комплекс с SecDF, YajC и YidC. [7] [8] В эукариотах Sec61 образует комплекс с комплексом олигосахарилтрансферазы , комплексом TRAP и мембранным белком TRAM (возможный шаперон). Для других компонентов, таких как комплекс сигнальной пептидазы и рецептор SRP, неясно, в какой степени они только временно ассоциируются с комплексом транслокона. [9]

Транслокация

Канал позволяет пептидам перемещаться в любом направлении, поэтому для перемещения пептида в определенном направлении требуются дополнительные системы в транслоконе. Существует три типа транслокации: котрансляционная транслокация, которая происходит во время трансляции, и два типа посттрансляционной транслокации, которая происходит после трансляции, каждый из которых наблюдается у эукариот и бактерий. В то время как эукариоты разворачивают белок с помощью BiP и используют другие комплексы для транспортировки пептида, бактерии используют АТФазу SecA . [10]

Котрансляционный

Комплекс транслокона ER. В синтезе белка участвуют многие белковые комплексы. Фактическое производство происходит в рибосомах (желтый и светло-голубой). Через транслокон ER (зеленый: Sec61, синий: комплекс TRAP и красный: комплекс олигосахарилтрансферазы) вновь синтезированный белок транспортируется через мембрану (серый) внутрь ER. Sec61 — это канал, проводящий белок, а OST добавляет сахарные фрагменты к зарождающемуся белку.

При котрансляционной транслокации транслокон ассоциируется с рибосомой , так что растущая зарождающаяся полипептидная цепь перемещается из туннеля рибосомы в канал SecY. Транслокон (транслокатор) действует как канал через гидрофобную мембрану эндоплазматического ретикулума (после того, как SRP диссоциировал и трансляция продолжается). Возникающий полипептид протягивается через канал в виде развернутой цепочки аминокислот, потенциально управляемой броуновским храповиком . После завершения трансляции сигнальная пептидаза отщепляет короткий сигнальный пептид от зарождающегося белка, оставляя полипептид свободным внутри эндоплазматического ретикулума. [11] [12]

У эукариот белки, которые должны быть перемещены в эндоплазматический ретикулум, распознаются частицей распознавания сигнала (SRP), которая останавливает трансляцию полипептида рибосомой , пока она прикрепляет рибосому к рецептору SRP на эндоплазматическом ретикулуме. Это событие распознавания основано на специфической N-концевой сигнальной последовательности, которая находится в первых нескольких кодонах синтезируемого полипептида. [10] Бактерии также используют SRP вместе с шапероном YidC, который похож на TRAM эукариот. [13] [10]

Транслокон также может перемещать и интегрировать мембранные белки в правильной ориентации в мембрану эндоплазматического ретикулума. Механизм этого процесса не полностью изучен, но включает в себя распознавание и обработку транслоконом гидрофобных участков в аминокислотной последовательности, которые должны стать трансмембранными спиралями . Закрытая последовательностями стоп-переноса и открытая встроенными сигнальными последовательностями, пробка изменяется между своим открытым и закрытым состояниями, чтобы размещать спирали в разных ориентациях. [10]

Посттрансляционный

У эукариот посттрансляционная транслокация зависит от BiP и других комплексов, включая комплекс интегральных мембранных белков SEC62 / SEC63 . В этом режиме транслокации Sec63 помогает BiP гидролизовать АТФ, который затем связывается с пептидом и «вытягивает» его. Этот процесс повторяется для других молекул BiP, пока весь пептид не будет вытянут. [10]

У бактерий тот же процесс выполняется «толкающей» АТФазой, известной как SecA , иногда с помощью комплекса SecDF на другой стороне, ответственного за вытягивание. [14] АТФаза SecA использует механизм «толкай и скользи» для перемещения полипептида через канал. В связанном с АТФ состоянии SecA взаимодействует через двухспиральный палец с подмножеством аминокислот в субстрате, проталкивая их (с гидролизом АТФ) в канал. Затем взаимодействие ослабевает, когда SecA входит в связанное с АДФ состояние, позволяя полипептидной цепи пассивно скользить в любом направлении. Затем SecA захватывает еще один участок пептида, чтобы повторить процесс. [10]

ЭР-ретротранслокон

Транслокаторы также могут перемещать полипептиды (например, поврежденные белки, предназначенные для протеасом ) из цистернального пространства эндоплазматического ретикулума в цитозоль. ER-белки деградируют в цитозоле с помощью 26S- протеасомы , этот процесс известен как деградация белков, связанная с эндоплазматическим ретикулумом , и поэтому должны транспортироваться по соответствующему каналу. Этот ретротранслокон все еще остается загадкой.

Первоначально считалось, что канал Sec61 отвечает за этот ретроградный транспорт, подразумевая, что транспорт через Sec61 не всегда однонаправленный, а может быть и двунаправленным. [15] Однако структура Sec61 не подтверждает эту точку зрения, и было высказано предположение, что за транспорт из просвета ЭР в цитозоль отвечают несколько различных белков. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Джонсон AE, ван Ваес MA (1999). «Транслокон: динамический шлюз в мембране ЭР». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 15 : 799–842. doi :10.1146/annurev.cellbio.15.1.799. PMID  10611978.
  2. ^ Gold VA, Duong F, Collinson I (2007). «Структура и функция бактериального транслокона Sec». Молекулярная мембранная биология . 24 (5–6): 387–94. doi : 10.1080/09687680701416570 . PMID  17710643. S2CID  83946219.
  3. ^ Deshaies RJ, Sanders SL, Feldheim DA, Schekman R (февраль 1991 г.). «Сборка белков Sec дрожжей, участвующих в транслокации в эндоплазматический ретикулум в связанный с мембраной мультисубъединичный комплекс». Nature . 349 (6312): 806–8. Bibcode :1991Natur.349..806D. doi :10.1038/349806a0. PMID  2000150. S2CID  31383053.
  4. ^ abc Van den Berg B, Clemons WM, Collinson I, Modis Y, Hartmann E, Harrison SC, Rapoport TA (январь 2004 г.). "Рентгеновская структура белково-проводящего канала". Nature . 427 (6969): 36–44. Bibcode :2004Natur.427...36B. doi :10.1038/nature02218. PMID  14661030. S2CID  4360143.
  5. ^ Mueller CA, Broz P, Cornelis GR (июнь 2008 г.). «Конечный комплекс системы секреции III типа и транслокон». Молекулярная микробиология . 68 (5): 1085–95. doi : 10.1111/j.1365-2958.2008.06237.x . PMID  18430138. S2CID  205366024.
  6. ^ Chang Z (2016-01-01). «Биогенез секреторных белков». В Bradshaw RA, Stahl PD (ред.). Энциклопедия клеточной биологии . Waltham: Academic Press. стр. 535–544. doi :10.1016/b978-0-12-394447-4.10065-3. ISBN 978-0-12-394796-3.
  7. ^ Duong F, Wickner W (май 1997). «Различные каталитические роли субъединиц SecYE, SecG и SecDFyajC препротеинового транслоказного холофермента». The EMBO Journal . 16 (10): 2756–68. doi :10.1093/emboj/16.10.2756. PMC 1169885. PMID  9184221 . 
  8. ^ Скотти П.А., Урбанус М.Л., Бруннер Дж., де Гир Дж.В., фон Хейне Г., ван дер Доус С. и др. (февраль 2000 г.). «YidC, гомолог митохондриального Oxa1p Escherichia coli, является компонентом транслоказы Sec». Журнал ЭМБО . 19 (4): 542–9. дои : 10.1093/emboj/19.4.542. ПМК 305592 . ПМИД  10675323. 
  9. ^ Pfeffer S, Dudek J, Gogala M, Schorr S, Linxweiler J, Lang S и др. (2014). «Структура комплекса олигосахарилтрансферазы млекопитающих в транслоконе нативного белка ER». Nature Communications . 5 (5): 3072. Bibcode :2014NatCo...5.3072P. doi : 10.1038/ncomms4072 . PMID  24407213.
  10. ^ abcdef Osborne AR, Rapoport TA, van den Berg B (2005). «Транслокация белка по каналу Sec61/SecY». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 21 : 529–50. doi :10.1146/annurev.cellbio.21.012704.133214. PMID  16212506.
  11. ^ Simon SM, Blobel G (май 1991). "Проводящий белок канал в эндоплазматическом ретикулуме". Cell . 65 (3): 371–80. doi :10.1016/0092-8674(91)90455-8. PMID  1902142. S2CID  33241198.
  12. ^ Simon SM, Blobel G (май 1992). «Сигнальные пептиды открывают белок-проводящие каналы в E. coli». Cell . 69 (4): 677–84. doi :10.1016/0092-8674(92)90231-z. PMID  1375130. S2CID  24540393.
  13. ^ Zhu L, Kaback HR, Dalbey RE (сентябрь 2013 г.). «Белок YidC, молекулярный шаперон для сворачивания белка LacY с помощью белкового аппарата SecYEG». Журнал биологической химии . 288 (39): 28180–94. doi : 10.1074/jbc.M113.491613 . PMC 3784728. PMID  23928306 . 
  14. ^ Lycklama A, Nijeholt JA, Driessen AJ (апрель 2012 г.). «Бактериальная Sec-транслоказа: структура и механизм». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 367 (1592): 1016–28. doi :10.1098/rstb.2011.0201. PMC 3297432. PMID  22411975 . 
  15. ^ Рёмиш К (декабрь 1999 г.). «Серфинг по каналу Sec61: двунаправленная транслокация белка через мембрану ЭР». Журнал клеточной науки . 112 (ч. 23) (23): 4185–91. doi :10.1242/jcs.112.23.4185. PMID  10564637.
  16. ^ Hampton RY, Sommer T (август 2012). «В поисках воли и пути ретротранслокации субстрата ERAD». Current Opinion in Cell Biology . 24 (4): 460–6. doi :10.1016/j.ceb.2012.05.010. PMID  22854296.