Сигнальный пептид
| Идентификаторы | |
|---|---|
| Символ | Н/Д |
| Суперсемейство OPM | 256 |
| белок OPM | 1сх |
Сигнальный пептид (иногда называемый сигнальной последовательностью , сигналом нацеливания , сигналом локализации , последовательностью локализации , транзитным пептидом , лидерной последовательностью или лидерным пептидом ) представляет собой короткий пептид 16-30 аминокислот ). (обычно длиной [1] присутствует на N-конце (или иногда неклассически на С-конце) [2] или внутрь) 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 типа I мембраносвязанных белков 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)
[ редактировать ]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 гомологий 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.
Структура
[ редактировать ]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 согласно так называемому правилу положительной внутренней части . [6] Из-за своего 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 митохондриальное окружение, различается по длине и демонстрирует чередование небольших положительно заряженных и гидрофобных участков. Сигнальные пептиды, направляющие ядро, можно обнаружить 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
[ редактировать ]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] 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 начинается после завершения синтеза белка. У прокариот сигнальная последовательность посттрансляционных субстратов распознается белком SecB -шапероном , 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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]У позвоночных область мРНК , которая кодирует сигнальный пептид (т.е. область, кодирующая сигнальную последовательность, или SSCR), может функционировать как элемент РНК со специфической активностью. 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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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).
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Капп, Катя; Шремпф, Сабрина; Лемберг, Мариус К.; Добберштейн, Бернхард (1 января 2013 г.). Посттаргетинговые функции сигнальных пептидов . Государственная бионаука.
- ^ Jump up to: а б Оуджи, 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. дои : 10.1016/j.ejcb.2018.06.003 . ПМИД 29958716 . S2CID 49612506 .
- ^ Блобель Г., Добберштейн Б. (декабрь 1975 г.). «Перенос белков через мембраны. I. Наличие протеолитически процессированных и непроцессированных легких цепей растущего иммуноглобулина на мембраносвязанных рибосомах мышиной миеломы» . Журнал клеточной биологии . 67 (3): 835–51. дои : 10.1083/jcb.67.3.835 . ПМК 2111658 . ПМИД 811671 .
- ^ 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 . ПМИД 18046402 . S2CID 2497138 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ «26.6 Секвенирование пептидов: деградация Эдмана» . Химия LibreTexts . 26 августа 2015 г. Проверено 27 сентября 2018 г.
- ^ «Служба N-концевого секвенирования - деградация по Эдману» . www.alphalyse.com . Проверено 27 сентября 2018 г.
- ^ Уолтер П., Ибрагими И., Блобель Дж. (ноябрь 1981 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум. I. Белок распознавания сигнала (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 .
- ^ Гилмор Р., Блобель Дж., Уолтер П. (ноябрь 1982 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум. I. Обнаружение в 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 .
- ^ 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 . ПМИД 1423609 . S2CID 19078317 .
- ^ 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 . ПМИД 7758110 . S2CID 14398668 .
- ^ Кобер Л., Зехе С., Боде Дж. (апрель 2013 г.). «Оптимизированные сигнальные пептиды для разработки клеточных линий CHO с высокой экспрессией». Биотехнология и биоинженерия . 110 (4): 1164–73. дои : 10.1002/бит.24776 . ПМИД 23124363 . S2CID 449870 .
- ^ 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 .
- ^ Молино СП, де Карвальо Х.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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 . ПМИД 19953550 . S2CID 20647387 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Сигнал + Пептид в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- SPdb (база данных сигнальных пептидов)
- SignalP — предсказывает наличие и расположение сайтов расщепления сигнального пептида в аминокислотных последовательностях разных организмов.