Сигнальный пептид

A сигнальный пептид (иногда обозначаемый как сигнальная последовательность, сигнал нацеливания, сигнал локализации, последовательность локализации, транзитный пептид, лидерная последовательность или лидерный пептид ) представляет собой короткий пептид (обычно 16-30 амино кислоты длиной), присутствующие на N-конце большинства вновь синтезированных белков, которые предназначены для секреторного пути. 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, большая часть мембраносвязанных белков типа II и многопролетных белков нацелена на секреторный путь посредством их первый трансмембранный домен, который биохимически напоминает сигнальную последовательность, за исключением того, что он не расщепляется. Они представляют собой своего рода целевой пептид.

Содержание

• 1 Функция (транслокация)
• 2 Структура сигнального пептида
• 3 Совместная транслокационная транслокация в сравнении с посттрансляционной транслокацией
• 4 Сигнальные пептиды определяют эффективность секреции
• 5 Характеристики уровня нуклеотидов
• 6 Секреция без сигнального пептида
• 7 Номенклатура
• 8 См. Также
• 9 Ссылки
• 10 Внешние ссылки

Функция (транслокация)

Сигнальные пептиды действуют, побуждая клетку перемещать белок, обычно к клеточной мембране. В прокариотах сигнальные пептиды направляют вновь синтезированный белок в канал, проводящий белок SecYEG, 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. 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 транслокона, чтобы разделиться на окружающую мембрану.

Структура сигнального пептида

Ядро сигнального пептида содержит длинный участок гидрофобных аминокислот (около 5–16 остатков), 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 с помощью того, что известно как правило положительного внутреннего . Из-за его близкого расположения 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 пептида-мишени, 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, при которой аминокислоты отщепляются по одной за раз.

Совместная транслокационная транслокация в сравнении с посттрансляционной транслокацией

Как у прокариот, так и у эукариот сигнальные последовательности могут действовать ко-трансляционно или посттрансляционно.

Путь совместной трансляции инициируется, когда сигнальный пептид выходит из рибосомы и распознается частицей распознавания сигнала (SRP). Затем SRP останавливает дальнейшую трансляцию (остановка 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 ER (у эукариот). Как только нацеливание на мембрану завершено, сигнальная последовательность вставляется в транслокон. Затем рибосомы физически стыкуются с цитоплазматической стороной транслокона, и синтез белка возобновляется.

Посттрансляционный путь инициируется после завершения синтеза белка. У прокариот сигнальная последовательность посттрансляционных субстратов распознается белком-шапероном, который передает белок к SecA АТФазе, которая, в свою очередь, прокачивает белок через транслокон. Хотя известно, что посттрансляционная транслокация происходит у эукариот, она плохо изучена. Однако известно, что у дрожжей для посттрансляционной транслокации требуется транслокон и два дополнительных мембраносвязанных белка, Sec62 и Sec63.

Сигнальные пептиды определяют эффективность секреции

Сигнальные пептиды являются чрезвычайно гетерогенными, и многие прокариотические и эукариотические сигнальные пептиды функционально взаимозаменяемы даже между разными видами, однако эффективность секреции белка во многом определяется сигнальным пептидом.

Особенности уровня нуклеотидов

У позвоночных область мРНК, которая кодирует сигнальный пептид (т.е. область, кодирующую 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, как правило, присутствуют в первом экзоне в частота выше ожидаемой.

Секреция без сигнального пептида

Белки без сигнальных пептидов также могут секретироваться нетрадиционными механизмами. Например. Интерлейкин, Галектин. Процесс, посредством которого такие секреторные белки получают доступ к внешней части клетки, называется секрецией нетрадиционного белка (UPS). У растений даже 50% секретируемых белков могут быть UPS-зависимыми.

Номенклатура

Сигнальные пептиды не следует путать с лидерными пептидами, иногда кодируемыми лидерной мРНК, хотя оба иногда неоднозначно упоминаются как «лидерные пептиды». 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, обнаруживаемой у бактерий, хотя аналогичный механизм используется для регуляции эукариотических генов, который называется uORF (открытые рамки считывания, расположенные выше по течению).

См. Также

• Нацеливание на белок
• Целевой пептид
• Топогенная последовательность

Ссылки

1. ^Kapp, Katja; Шремпф, Сабрина; Лемберг, Мариус К.; Добберштейн, Бернхард (01.01.2013). Функции сигнальных пептидов после нацеливания. Landes Bioscience.
2. ^Blobel G, Dobberstein B (декабрь 1975 г.). «Перенос белков через мембраны. I. Наличие протеолитически обработанных и необработанных образующихся легких цепей иммуноглобулина на мембраносвязанных рибосомах миеломы мыши». Журнал клеточной биологии. 67 (3): 835–51. doi : 10.1083 / jcb.67.3.835. PMC 2111658. PMID 811671.
3. ^Рапопорт Т. (ноябрь 2007 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум эукариот и бактериальные плазматические мембраны». Природа. 450 (7170): 663–9. DOI : 10.1038 / nature06384. PMID 18046402.
4. ^Келл, Лукас; Крог, Андерс; Зоннхаммер, Эрик Л. Л. (2004). «Комбинированный метод прогнозирования трансмембранной топологии и сигнального пептида». J. Mol. Биол. 338 (5): 1027–1036. doi : 10.1016 / j.jmb.2004.03.016. PMID 15111065.
5. ^фон Хейне, Г. ; Гавел Ю. (июль 1988 г.). «Топогенные сигналы в интегральных мембранных белках». Eur J Biochem. 174 (4): 671–8. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1988.tb14150.x. PMID 3134198.
6. ^«26.6 Секвенирование пептидов: деградация по Эдману». Химия LibreTexts. 2015-08-26. Проверено 27 сентября 2018 г.
7. ^«Служба N-терминального упорядочивания - деградация по Эдману». www.alphalyse.com. Проверено 27 сентября 2018 г.
8. ^Уолтер П., Ибрахими И., Блобель Г. (ноябрь 1981 г.). «Транслокация белков через эндоплазматический ретикулум. I. Белок распознавания сигнала (SRP) связывается с собранными in vitro полисомами, синтезирующими секреторный белок». Журнал клеточной биологии. 91 (2 балла 1): 545–50. doi : 10.1083 / jcb.91.2.545. PMC 2111968. PMID 7309795.
9. ^Гилмор Р., Блобель Г., Уолтер П. (ноябрь 1982 г.). «Транслокация белка через эндоплазматический ретикулум. I. Обнаружение в микросомальной мембране рецептора для частицы, распознающей сигнал». Журнал клеточной биологии. 95 (2 балла 1): 463–9. doi : 10.1083 / jcb.95.2.463. PMC 2112970. PMID 6292235.
10. ^Гёрлих Д., Прен С., Хартманн Э., Калиес К.Ю., Рапопорт Т.А. (октябрь 1992 г.). «Гомолог SEC61p и SECYp у млекопитающих связан с рибосомами и растущими полипептидами во время транслокации». Cell. 71 (3): 489–503. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (92) 90517-G. PMID 1423609.
11. ^Панзнер, S; Драйер, L; Hartmann, E; Костка, С; Rapoport, TA (1995). «Посттрансляционный транспорт белка в дрожжах, восстановленный с помощью очищенного комплекса белков Sec и Kar2p». Cell. 81 (4): 561–570. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (95) 90077-2. ISSN 0092-8674. PMID 7758110.
12. ^Кобер Л., Зехе С., Боде Дж. (Апрель 2013 г.). «Оптимизированные сигнальные пептиды для развития линий клеток СНО с высокой экспрессией». Biotechnol. Bioeng. 110 (4): 1164–73. doi : 10.1002 / bit.24776. PMID 23124363.
13. ^фон Хейне Г. (июль 1985 г.). «Последовательности сигналов: пределы вариации». J Mol Biol. 184 (1): 99–105. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (85) 90046-4. PMID 4032478.
14. ^Palazzo, Alexander F.; Спрингер, Майкл; Шибата, Йоко; Ли, Чунг-Шэн; Dias, Anusha P.; Рапопорт, Том А. (2007). «Область кодирования сигнальной последовательности способствует ядерному экспорту мРНК». PLoS Биология. 5 (12): e322. doi : 10.1371 / journal.pbio.0050322. ISSN 1544-9173. PMC 2100149. PMID 18052610.
15. ^Cenik, Can; Чуа, Хон Нянь; Чжан, Хуэй; Tarnawsky, Stefan P.; Акеф, Абдалла; Дерти, Аднан; Тасан, Мурат; Мур, Мелисса Дж.; Палаццо, Александр Ф.; Рот, Фредерик П. (2011). Снайдер, Майкл (ред.). «Геномный анализ выявляет 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. ISSN 1553-7404. PMC 3077370. PMID 21533221.
16. ^Никель, Вт; 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.
17. ^Agrawal, GK; Jwa, NS; Lebrun, MH; Иов, D; Раквал, Р. (февраль 2010 г.). «Растительный секрет: раскрытие секретов секретируемых белков». Протеомика. 10 (4): 799–827. DOI : 10.1002 / pmic.200900514. PMID 19953550.

Внешние ссылки

• Signal + Peptide в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные заголовки (MeSH)
• SPdb (Signal Peptide DataBase)
• SignalP - прогнозирует наличие и расположение сайтов расщепления сигнального пептида в аминокислотных последовательностях различных организмов.