Сигнальный пептид (иногда упоминается как сигнальная последовательность , ориентация сигнала , локализация сигнала , последовательность локализации , транзитный пептида , лидерной последовательности или лидерного пептида ) представляет собой короткий пептид (обычно 16-30 аминокислот в длине) [1] присутствует на N- конец (или иногда С-конец [2] ) большинства вновь синтезированных белков , которые предназначены для секреторного пути . [3]Эти белки включают те, которые находятся либо внутри определенных органелл ( эндоплазматический ретикулум , Гольджи или эндосомы ), секретируются из клетки или встроены в большинство клеточных мембран. Хотя большинство мембраносвязанных белков типа I имеют сигнальные пептиды, большинство мембраносвязанных белков типа II и многопролетных белков нацелены на секреторный путь их первым трансмембранным доменом , который биохимически напоминает сигнальную последовательность, за исключением того, что он не расщепляется. Они представляют собой своего рода целевой пептид .
Идентификаторы | |
---|---|
Символ | N / A |
OPM суперсемейство | 256 |
Белок OPM | 1сх |
Функция (перемещение)
Сигнальные пептиды побуждают клетку перемещать белок, обычно к клеточной мембране. У прокариот сигнальные пептиды направляют вновь синтезированный белок в проводящий белок SecYEG канал, который присутствует в плазматической мембране . Гомологичная система существует у эукариот , где сигнальный пептид направляет вновь синтезированный белок в канал Sec61, который имеет структурную гомологию и гомологию последовательностей с SecYEG, но присутствует в эндоплазматическом ретикулуме. [4] Оба канала SecYEG и Sec61 обычно называют транслоконом , а прохождение через этот канал известно как транслокация. В то время как секретируемые белки проходят через канал, трансмембранные домены могут диффундировать через латеральные ворота в транслоконе, чтобы разделиться на окружающую мембрану.
Структура сигнального пептида
Ядро сигнального пептида содержит длинный участок гидрофобных аминокислот (около 5–16 остатков) [5], который имеет тенденцию образовывать единую 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 по так называемому правилу положительного внутреннего . [6] Из-за близости к N-концу его называют «n-областью». В конце сигнального пептида обычно находится участок аминокислот, который распознается и расщепляется сигнальной пептидазой и поэтому называется сайтом расщепления. Однако этот сайт расщепления отсутствует в трансмембранных доменах, которые служат сигнальными пептидами, которые иногда называют сигнальными якорными последовательностями. Сигнальная пептидаза может расщепляться во время или после завершения транслокации с образованием свободного сигнального пептида и зрелого белка. Затем свободные сигнальные пептиды перевариваются специфическими протеазами. Более того, разные целевые местоположения нацелены на разные типы сигнальных пептидов. Например, структура целевого пептида, нацеленного на митохондриальную среду, отличается по длине и показывает чередующийся рисунок небольших положительно заряженных и гидрофобных участков. Сигнальные пептиды, направленные на ядро, можно найти как на N-конце, так и на C-конце белка, и в большинстве случаев они сохраняются в зрелом белке.
Можно определить аминокислотную последовательность N-концевого сигнального пептида с помощью деградации по Эдману , циклической процедуры, которая отщепляет аминокислоты по одной за раз. [7] [8]
Совместная транслокационная транслокация в сравнении с посттрансляционной транслокацией
Как у прокариот, так и у эукариот сигнальные последовательности могут действовать ко-трансляционно или посттрансляционно.
Путь ко-трансляции инициируется, когда сигнальный пептид выходит из рибосомы и распознается частицей распознавания сигнала (SRP). [9] SRP затем останавливает дальнейшую трансляцию (остановка трансляции происходит только у эукариот) и направляет комплекс сигнальная последовательность-рибосома-мРНК к рецептору SRP , который присутствует на поверхности плазматической мембраны (у прокариот) или ER ( у эукариот). [10] По завершении нацеливания на мембрану сигнальная последовательность вставляется в транслокон. Затем рибосомы физически стыкуются с цитоплазматической стороной транслокона, и синтез белка возобновляется. [11]
Посттрансляционный путь инициируется после завершения синтеза белка. У прокариот, сигнальная последовательность посттрансляционных субстратов признана SECB шаперона белка , который переносит протеин в Seca АТФазы, который в свою очередь перекачивает белка через транслокона. Хотя известно, что посттрансляционная транслокация происходит у эукариот, она плохо изучена. Однако известно, что у дрожжей для посттрансляционной транслокации необходим транслокон и два дополнительных мембраносвязанных белка, Sec62 и Sec63 . [12]
Сигнальные пептиды определяют эффективность секреции
Сигнальные пептиды чрезвычайно неоднородны, и многие прокариотические и эукариотические сигнальные пептиды функционально взаимозаменяемы даже между разными видами, однако эффективность секреции белка в значительной степени определяется сигнальным пептидом. [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 специфической активностью. 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]
Секреция без сигнального пептида
Белки без сигнальных пептидов также могут секретироваться нетрадиционными механизмами. Например, интерлейкин, галектин. [18] Процесс, посредством которого такие секреторные белки получают доступ к внешней части клетки, называется нетрадиционной секрецией белка (UPS). У растений даже 50% секретируемых белков могут зависеть от UPS. [19]
Номенклатура
Сигнальные пептиды не следует путать с лидерными пептидами, иногда кодируемыми лидерной мРНК, хотя оба иногда неоднозначно называются «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, который называется uORF (открытые рамки считывания, расположенные выше по течению).
Смотрите также
- Нацеливание на белок
- Целевой пептид
- Топогенная последовательность
Рекомендации
- ^ Капп, Катя; Шремпф, Сабрина; Лемберг, Мариус К .; Добберштейн, Бернхард (01.01.2013). Пост-таргетинговые функции сигнальных пептидов . Landes Bioscience.
- ^ Овджи, Хаджар; Незафат, Навид; Негахдарипур, Маника; Хаджибрахими, Али; Гасеми, Юнес (август 2018 г.). «Комплексный обзор сигнальных пептидов: структура, роли и применения». Европейский журнал клеточной биологии . 97 (6): 422–441. DOI : 10.1016 / j.ejcb.2018.06.003 .
- ^ Блобель Г., Добберштейн Б. (декабрь 1975 г.). «Перенос белков через мембраны. I. Присутствие протеолитически процессированных и необработанных образующихся легких цепей иммуноглобулинов на мембраносвязанных рибосомах миеломы мыши» . Журнал клеточной биологии . 67 (3): 835–51. DOI : 10,1083 / jcb.67.3.835 . PMC 2111658 . PMID 811671 .
- ^ Рапопорт Т.А. (ноябрь 2007 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум эукариот и бактериальные плазматические мембраны». Природа . 450 (7170): 663–9. Bibcode : 2007Natur.450..663R . DOI : 10,1038 / природа06384 . PMID 18046402 . S2CID 2497138 .
- ^ Келл Л., Крог А., Зоннхаммер Е.Л. (май 2004 г.). «Комбинированный метод предсказания трансмембранной топологии и сигнального пептида». Журнал молекулярной биологии . 338 (5): 1027–36. DOI : 10.1016 / j.jmb.2004.03.016 . PMID 15111065 .
- ^ von Heijne G , Gavel Y (июль 1988 г.). «Топогенные сигналы в интегральных мембранных белках» . Европейский журнал биохимии . 174 (4): 671–8. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1988.tb14150.x . PMID 3134198 .
- ^ «26.6 Секвенирование пептидов: деградация по Эдману» . Химия LibreTexts . 2015-08-26 . Проверено 27 сентября 2018 .
- ^ «Служба N-терминального секвенирования - деградация Эдмана» . www.alphalyse.com . Проверено 27 сентября 2018 .
- ^ Вальтер П., Ибрагими И., Блобель Г. (ноябрь 1981 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум. I. Белок распознавания сигналов (SRP) связывается с собранными in vitro полисомами, синтезирующими секреторный белок» . Журнал клеточной биологии . 91 (2 Pt 1): 545–50. DOI : 10,1083 / jcb.91.2.545 . PMC 2111968 . PMID 7309795 .
- ^ Гилмор Р., Блобель Г., Уолтер П. (ноябрь 1982 г.). «Транслокация белка через эндоплазматический ретикулум. I. Обнаружение в микросомальной мембране рецептора для частицы распознавания сигнала» . Журнал клеточной биологии . 95 (2 Pt 1): 463–9. DOI : 10,1083 / jcb.95.2.463 . PMC 2112970 . PMID 6292235 .
- ^ Гёрлих Д., Прен С., Хартманн Э., Калиес К.Ю., Рапопорт Т.А. (октябрь 1992 г.). «Гомолог SEC61p и SECYp млекопитающего связан с рибосомами и растущими полипептидами во время транслокации». Cell . 71 (3): 489–503. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (92) 90517-G . PMID 1423609 . S2CID 19078317 .
- ^ Панзнер С., Драйер Л., Хартманн Э., Костка С., Рапопорт Т.А. (май 1995 г.). «Посттрансляционный транспорт белка в дрожжах, восстановленный 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 .
- ^ Кобер Л., Зехе С., Боде Дж. (Апрель 2013 г.). «Оптимизированные сигнальные пептиды для развития линий клеток СНО с высокой экспрессией». Биотехнология и биоинженерия . 110 (4): 1164–73. DOI : 10.1002 / bit.24776 . PMID 23124363 . S2CID 449870 .
- ^ фон Хейне Г. (июль 1985 г.). «Сигнальные последовательности. Пределы вариации». Журнал молекулярной биологии . 184 (1): 99–105. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (85) 90046-4 . PMID 4032478 .
- ^ СП Молино, де Карвальо Дж.К., Мэйфилд СП (06.02.2018). «Сравнение секреторных сигнальных пептидов для экспрессии гетерологичных белков в микроводорослях: расширение портфеля секреции Chlamydomonas reinhardtii» . PLOS ONE . 13 (2): e0192433. Bibcode : 2018PLoSO..1392433M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0192433 . PMC 5800701 . PMID 29408937 .
- ^ Palazzo AF, Springer M, Shibata Y, Lee CS, Dias AP, Rapoport TA (декабрь 2007 г.). «Кодирующая область сигнальной последовательности способствует ядерному экспорту мРНК» . PLOS Биология . 5 (12): e322. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0050322 . PMC 2100149 . PMID 18052610 .
- ^ Ченик С., Чуа Х.Н., Чжан Х., Тарнавски С.П., Акеф А., Дерти А. и др. (Апрель 2011 г.). Снайдер М (ред.). «Геномный анализ показывает взаимодействие между интронами 5'UTR и ядерным экспортом мРНК для секреторных и митохондриальных генов» . PLOS Genetics . 7 (4): e1001366. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1001366 . PMC 3077370 . PMID 21533221 .
- ^ Никель W, 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 . PMID 18590485 .
- ^ Агравал Г.К., Джва Н.С., Лебрун М.Х., Джоб Д., Раквал Р. (февраль 2010 г.). «Растительный секрет: раскрытие секретов секретируемых белков». Протеомика . 10 (4): 799–827. DOI : 10.1002 / pmic.200900514 . PMID 19953550 . S2CID 20647387 .
Внешние ссылки
- Signal + Peptide 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 различных организмов.