Трансмембранный домен

Домен трансмембранного белка

Трансмембранный домен (TMD) представляет собой трансмембранный белковый домен . ДВНЧС могут состоять из одной или нескольких альфа-спиралей или трансмембранного бета-цилиндра . Поскольку внутренняя часть липидного бислоя гидрофобна , аминокислотные остатки в TMD часто гидрофобны, хотя белки, такие как мембранные насосы и ионные каналы, могут содержать полярные остатки. TMD сильно различаются по размеру и гидрофобности ; они могут приобретать свойства, специфичные для органелл. ^[1]

Функции трансмембранных доменов

Известно, что трансмембранные домены выполняют множество функций. К ним относятся:

• Закрепление трансмембранных белков на мембране.

  

  Рецептор AMPA, прикрепленный к мембране своим трансмембранным доменом.

• Содействие молекулярному транспорту молекул, таких как ионы и белки, через биологические мембраны ; обычно в этом процессе помогают гидрофильные остатки и сайты связывания в TMD.
• Передача сигнала через мембрану; многие трансмембранные белки, такие как рецепторы, связанные с G-белком , получают внеклеточные сигналы. Затем TMD распространяют эти сигналы через мембрану, вызывая внутриклеточный эффект.
• Помощь в слиянии пузырьков ; функция TMD не совсем понятна, но было показано, что они имеют решающее значение для реакции слияния, возможно, в результате того, что TMD влияют на натяжение липидного бислоя. ^[2]
• Опосредование транспорта и сортировки трансмембранных белков; Было показано, что TMD работают в тандеме с сигналами цитозольной сортировки, при этом длина и гидрофобность являются основными определяющими факторами сортировки TDM. Более длинные и более гидрофобные TMD помогают сортировать белки на клеточной мембране, тогда как более короткие и менее гидрофобные TMD используются для удержания белков в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи . Точный механизм этого процесса пока неизвестен. ^[3]

Идентификация трансмембранных спиралей

Трансмембранные спирали видны в структурах мембранных белков, определенных методом рентгеновской дифракции . Их также можно прогнозировать на основе шкал гидрофобности . Поскольку внутренняя часть бислоя и внутренняя часть большинства белков известной структуры гидрофобны , предполагается, что аминокислоты, покрывающие мембрану, также должны быть гидрофобными. Однако мембранные насосы и ионные каналы также содержат многочисленные заряженные и полярные остатки внутри обычно неполярных трансмембранных сегментов.

Использование «анализа гидрофобности» для прогнозирования трансмембранных спиралей позволяет, в свою очередь, прогнозировать «трансмембранную топологию» белка; т.е. предсказание того, какие ее части выступают в клетку, какие части выступают наружу и сколько раз белковая цепь пересекает мембрану.

Трансмембранные спирали также можно идентифицировать in silico с помощью биоинформационного инструмента TMHMM. ^[4]

Роль биогенеза мембранных белков и факторов контроля качества

Поскольку трансляция белков происходит в цитозоле ( водной среде), необходимы факторы, которые распознают ВНЧС и защищают их в этой враждебной среде. Также необходимы дополнительные факторы, которые позволяют TMD включаться в мембрану-мишень (т.е. эндоплазматический ретикулум или другие органеллы). ^[5] Факторы также обнаруживают неправильное сворачивание ВНЧС внутри мембраны и выполняют функции контроля качества. Эти факторы должны быть способны распознавать весьма вариабельный набор TMD и могут быть разделены на те, которые активны в цитозоле или активны в мембране. ^[5]

Цитозольные факторы распознавания

Считается, что цитозольные факторы распознавания используют две разные стратегии. ^[5] В котрансляционной стратегии распознавание и экранирование сочетаются с синтезом белка. Исследования общегеномных ассоциаций показывают, что большинство мембранных белков, нацеленных на эндоплазматическую сеть, обрабатываются частицей распознавания сигнала , которая связана с выходным туннелем рибосомы и инициирует распознавание и экранирование при трансляции белка. Вторая стратегия включает в себя белки, заякоренные в хвосте, определяемые одним TMD, расположенным близко к карбоксильному концу мембранного белка. После завершения трансляции TMD, закрепленный на хвосте, остается в выходном туннеле рибосомы, а АТФаза опосредует нацеливание на эндоплазматический ретикулум. Примеры челночных факторов включают TRC40 у высших эукариот и Get3 у дрожжей. Более того, общие факторы, связывающие ВНЧС, защищают от агрегации и других разрушительных взаимодействий. SGTA и кальмодулин являются двумя хорошо известными факторами, связывающими ВНЧС. Контроль качества мембранных белков включает факторы, связывающие TMD, которые связаны с протеасомной системой убиквитинирования .

Факторы распознавания мембран

После транспортировки факторы способствуют внедрению TMD через гидрофильный слой фосфатной «головной» группы фосфолипидной мембраны. ^[5] Факторы контроля качества должны быть способны различать функцию и топологию, а также облегчать экстракцию в цитозоль. Частица, распознающая сигнал, транспортирует мембранные белки к каналу транслокации Sec , располагая выходной туннель рибосомы проксимальнее центральной поры транслокона и сводя к минимуму воздействие цитозоля на TMD. Инсертазы также могут опосредовать вставку ВНЧС в липидный бислой . Инсертазы включают бактериальную YidC, митохондриальную Oxa1 и хлоропластную Alb3, все из которых эволюционно родственны. Консервативные семейства ферментов Hrd1 и Derlin являются примерами мембраносвязанных факторов контроля качества.

Примеры

• Тетраспанины имеют 4 консервативных трансмембранных домена.
• Белки локуса милдью o ( mlo ) имеют 7 консервативных трансмембранных доменов, которые кодируют альфа-спирали. ^[6]

Рекомендации

1. Альбертс, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (2002). «Мембранные белки». Молекулярная биология клетки. 4-е издание .
2. Лангош, Д.; Хофманн, М.; Унгерманн, К. (апрель 2007 г.). «Роль трансмембранных доменов в слиянии мембран». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 64 (7–8): 850–864. doi : 10.1007/s00018-007-6439-x. ISSN  1420-682X. ПМЦ 11136198 . PMID  17429580. S2CID  23714815. 
3. Коссон, Пьер; Перрин, Джеки; Бонифачино, Хуан С. (01 октября 2013 г.). «Якоря имеют значение: локализация и транспорт белка, опосредованные трансмембранными доменами». Тенденции в клеточной биологии . 23 (10): 511–517. дои : 10.1016/j.tcb.2013.05.005. ISSN  0962-8924. ПМЦ 3783643 . ПМИД  23806646. 
4. Крог А., Ларссон Б., фон Хейне Г., Зоннхаммер Э.Л. (январь 2001 г.). «Прогнозирование топологии трансмембранных белков с помощью скрытой модели Маркова: применение для полных геномов». Журнал молекулярной биологии . 305 (3): 567–80. дои : 10.1006/jmbi.2000.4315. ПМИД  11152613.
5. Гуна, Алина; Хегде, Рамануджан С. (23 апреля 2018 г.). «Распознавание трансмембранного домена во время биогенеза мембранных белков и контроля качества». Современная биология . 28 (8): 498–511 рэндов. дои : 10.1016/j.cub.2018.02.004 . ISSN  1879-0445. PMID  29689233. S2CID  13839449.
6. Девото А., Хартманн Х.А., Пиффанелли П., Эллиотт С., Симмонс С., Тарамино Г. и др. (январь 2003 г.). «Молекулярная филогения и эволюция семейства семитрансмембранных MLO, специфичных для растений». Журнал молекулярной эволюции . 56 (1): 77–88. Бибкод : 2003JMolE..56...77D. дои : 10.1007/s00239-002-2382-5. PMID  12569425. S2CID  25514671.