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 на N-конце (или иногда неклассически на C-конце [2] или внутри) большинства вновь синтезированных белков , которые направляются к секреторному пути . [3] К этим белкам относятся те, которые находятся либо внутри определенных органелл ( эндоплазматический ретикулум , аппарат Гольджи или эндосомы ), секретируются из клетки или вставляются в большинство клеточных мембран. Хотя большинство мембраносвязанных белков типа I имеют сигнальные пептиды, большинство мембраносвязанных белков типа II и многопроникающих мембраносвязанных белков нацелены на секреторный путь своим первым трансмембранным доменом , который биохимически напоминает сигнальную последовательность, за исключением того, что он не расщепляется. Они являются своего рода целевым пептидом .

Функция (транслокация)

Сигнальные пептиды функционируют, чтобы побудить клетку транслоцировать белок, обычно к клеточной мембране. У прокариот сигнальные пептиды направляют вновь синтезированный белок в канал, проводящий белок SecYEG, который присутствует в плазматической мембране . Гомологическая система существует у эукариот , где сигнальный пептид направляет вновь синтезированный белок в канал Sec61, который разделяет структурную и последовательную гомологию с SecYEG, но присутствует в эндоплазматическом ретикулуме. [4] Оба канала SecYEG и Sec61 обычно называют транслоконом , а транзит через этот канал известен как транслокация. В то время как секретируемые белки пронизывают канал, трансмембранные домены могут диффундировать через боковые ворота в транслоконе, чтобы разделиться на окружающую мембрану.

Структура

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, который может помочь обеспечить правильную топологию полипептида во время транслокации с помощью так называемого правила «положительно внутри » . [6] Из-за своего близкого расположения к N-концу он называется «n-областью». В конце сигнального пептида обычно находится 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, чтобы образовать свободный сигнальный пептид и зрелый белок. Свободные сигнальные пептиды затем перевариваются специфическими протеазами. Более того, различные типы сигнальных пептидов нацелены на различные целевые местоположения. Например, структура целевого пептида, нацеленного на митохондриальную среду, отличается по длине и показывает чередующийся рисунок небольших положительно заряженных и гидрофобных участков. Сигнальные пептиды, нацеленные на ядро, могут быть обнаружены как на N-конце, так и на C-конце белка и в большинстве случаев сохраняются в зрелом белке.

Определить аминокислотную последовательность N-концевого сигнального пептида можно с помощью деградации Эдмана , циклической процедуры, которая отщепляет аминокислоты по одной за раз. [7] [8]

Котрансляционная и посттрансляционная транслокация

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

Котрансляционный путь инициируется, когда сигнальный пептид выходит из рибосомы и распознается частицей распознавания сигнала (SRP). [9] Затем SRP останавливает дальнейшую трансляцию (трансляционная остановка 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] После завершения нацеливания на мембрану сигнальная последовательность вставляется в транслокон. Затем рибосомы физически прикрепляются к цитоплазматической поверхности транслокона, и синтез белка возобновляется. [11]

Посттрансляционный путь инициируется после завершения синтеза белка. У прокариот сигнальная последовательность посттрансляционных субстратов распознается белком -шапероном SecB , который переносит белок в АТФазу SecA , которая, в свою очередь, перекачивает белок через транслокон. Хотя известно, что посттрансляционная транслокация происходит у эукариот, она плохо изучена. Известно, что у дрожжей посттрансляционная транслокация требует транслокона и двух дополнительных мембраносвязанных белков, Sec62 и Sec63 . [12]

Определение эффективности секреции

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

Характеристики на уровне нуклеотидов

У позвоночных область мРНК , которая кодирует сигнальный пептид (т. е. область кодирования сигнальной последовательности, или SSCR), может функционировать как элемент РНК со специфическими действиями. SSCR способствуют экспорту ядерной мРНК и правильной локализации на поверхности эндоплазматического ретикулума. Кроме того, SSCR имеют специфические особенности последовательности: они имеют низкое содержание аденина , обогащены определенными мотивами и имеют тенденцию присутствовать в первом экзоне с частотой, которая выше ожидаемой. [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 стороне клетки, называется нетрадиционной секрецией белков (UPS). У растений даже 50% секретируемых белков могут зависеть от UPS. [19]

Неклассические последовательности

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

Номенклатура

Сигнальные пептиды не следует путать с лидерными пептидами, иногда кодируемыми лидерной мРНК, хотя оба иногда двусмысленно 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 эукариотических генов, которая называется uORF (upstream open reading frames).

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Капп, Катя; Шремпф, Сабрина; Лемберг, Мариус К.; Добберштейн, Бернхард (1 января 2013 г.). Посттаргетинговые функции сигнальных пептидов. Ландес Бионауки.
  2. ^ ab Owji, Hajar; Nezafat, Navid; Negahdaripour, Manica; Hajiebrahimi, Ali; Ghasemi, Younes (август 2018 г.). «Комплексный обзор сигнальных пептидов: структура, роли и применение». European Journal of Cell Biology . 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 обработанных и необработанных зарождающихся легких цепей иммуноглобулина на мембраносвязанных рибосомах мышиной миеломы». Журнал клеточной биологии . 67 (3): 835–51. doi :10.1083/jcb.67.3.835. PMC 2111658. PMID  811671. 
  4. ^ Рапопорт ТА (ноябрь 2007 г.). «Транслокация белков через эукариотический эндоплазматический ретикулум и бактериальные плазматические мембраны». Nature . 450 (7170): 663–9. Bibcode :2007Natur.450..663R. doi :10.1038/nature06384. PMID  18046402. S2CID  2497138.
  5. ^ Käll L, Krogh A, Sonnhammer EL (май 2004). «Комбинированный метод трансмембранной топологии и прогнозирования сигнальных пептидов». Журнал молекулярной биологии . 338 (5): 1027–36. doi :10.1016/j.jmb.2004.03.016. PMID  15111065.
  6. ^ von Heijne G , Gavel Y (июль 1988). «Топогенные сигналы в интегральных мембранных белках». European Journal of Biochemistry . 174 (4): 671–8. doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14150.x . PMID  3134198.
  7. ^ "26.6 Секвенирование пептидов: деградация Эдмана". Chemistry LibreTexts . 2015-08-26 . Получено 2018-09-27 .
  8. ^ "Сервис секвенирования N-терминала - деградация Эдмана". www.alphalyse.com . Получено 27.09.2018 .
  9. ^ Walter P, Ibrahimi I, Blobel G (ноябрь 1981 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум. I. Сигнальный распознающий белок (SRP) связывается с собранными in vitro полисомами, синтезирующими секреторный белок». The Journal of Cell Biology . 91 (2 Pt 1): 545–50. doi :10.1083/jcb.91.2.545. PMC 2111968 . PMID  7309795. 
  10. ^ Gilmore R, Blobel G, Walter P (ноябрь 1982 г.). «Транслокация белка через эндоплазматический ретикулум. I. Обнаружение рецептора для частицы распознавания сигнала в микросомальной мембране». The Journal of Cell Biology . 95 (2 Pt 1): 463–9. doi :10.1083/jcb.95.2.463. PMC 2112970 . PMID  6292235. 
  11. ^ Görlich D, Prehn S, Hartmann E, Kalies KU, Rapoport TA (октябрь 1992 г.). «Млекопитающий гомолог SEC61p и SECYp связан с рибосомами и зарождающимися полипептидами во время транслокации». Cell . 71 (3): 489–503. doi :10.1016/0092-8674(92)90517-G. PMID  1423609. S2CID  19078317.
  12. ^ Panzner S, Dreier L, Hartmann E, Kostka S, Rapoport TA (май 1995). "Посттрансляционный транспорт белков в дрожжах, восстановленных с помощью очищенного комплекса белков Sec и Kar2p". Cell . 81 (4): 561–70. doi : 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 высокоэкспрессирующих линий клеток СНО». Биотехнология и биоинженерия . 110 (4): 1164–73. doi :10.1002/bit.24776. PMID  23124363. S2CID  449870.
  14. ^ von Heijne G (июль 1985). «Сигнальные последовательности. Пределы вариации». Журнал молекулярной биологии . 184 (1): 99–105. doi :10.1016/0022-2836(85)90046-4. PMID  4032478.
  15. ^ Molino JV, de Carvalho JC, Mayfield SP (2018-02-06). "Сравнение секреторных сигнальных пептидов для гетерологической экспрессии белков в микроводорослях: расширение портфеля секреции для Chlamydomonas reinhardtii". PLOS ONE . ​​13 (2): e0192433. Bibcode :2018PLoSO..1392433M. doi : 10.1371/journal.pone.0192433 . PMC 5800701 . PMID  29408937. 
  16. ^ Palazzo AF, Springer M, Shibata Y, Lee CS, Dias AP, Rapoport TA (декабрь 2007 г.). «Кодирующая область сигнальной последовательности способствует ядерному экспорту мРНК». PLOS Biology . 5 (12): e322. doi : 10.1371/journal.pbio.0050322 . PMC 2100149. PMID  18052610 . 
  17. ^ Cenik C, Chua HN, Zhang H, Tarnawsky SP, Akef A, Derti A и др. (апрель 2011 г.). Snyder M (ред.). «Анализ генома выявляет взаимодействие между интронами 5'UTR и экспортом ядерной мРНК для секреторных и митохондриальных генов». PLOS Genetics . 7 (4): e1001366. doi : 10.1371/journal.pgen.1001366 . PMC 3077370 . PMID  21533221. 
  18. ^ Никель В., Зеедорф М. (2008). «Нетрадиционные механизмы транспорта белков на поверхность эукариотических клеток». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 24 : 287–308. doi : 10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175320. PMID  18590485.
  19. ^ Агравал ГК, Джва Н.С., Лебрен М.Х., Джоб Д., Раквал Р. (февраль 2010 г.). «Секрет растений: раскрытие секретов секретируемых белков». Протеомика . 10 (4): 799–827. doi :10.1002/pmic.200900514. PMID  19953550. S2CID  20647387.

Внешние ссылки