Целевой пептид

Тип пептидной цепи

Целевой пептид представляет собой короткую (длиной 3-70 аминокислот ) пептидную цепь, которая направляет транспорт белка в определенную область клетки , включая ядро , митохондрии , эндоплазматический ретикулум (ЭР), хлоропласт , апопласт , пероксисому и плазматическую мембрану . Некоторые целевые пептиды отщепляются от белка сигнальными пептидазами после того, как белки транспортируются.

Типы по назначению белка

Секреция

Почти все белки, предназначенные для секреторного пути, имеют последовательность, состоящую из 5-30 гидрофобных аминокислот на N-конце , которую обычно называют сигнальным пептидом , сигнальной последовательностью или лидерным пептидом. Сигнальные пептиды образуют альфа-спиральные структуры. Белки, содержащие такие сигналы, предназначены либо для внеклеточной секреции, либо для плазматической мембраны , либо для просвета или мембраны (ЭР), Гольджи или эндосом. Некоторые мембраносвязанные белки нацелены на секреторный путь своим первым трансмембранным доменом, который напоминает типичный сигнальный пептид.

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 имеет структурное и последовательностное сходство с SecYEG, но присутствует в эндоплазматическом ретикулуме. ^[1] 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.

Сигнал удержания ER

У эукариот большинство вновь синтезированных секреторных белков транспортируются из ЭР в аппарат Гольджи . Если эти белки имеют определенную последовательность из 4 аминокислот для удерживания в просвете ЭР, KDEL , на своем С-конце , они удерживаются в просвете ЭР или направляются обратно в просвет ЭР (в случаях, когда они выходят) посредством взаимодействия с рецептором KDEL в аппарате Гольджи. Если сигналом является KKXX , механизм удерживания в ЭР будет аналогичным, но белок будет трансмембранным. ^[2]

Ядро

Сигнал ядерной локализации (NLS) — это целевой пептид, который направляет белки в ядро и часто представляет собой единицу, состоящую из пяти основных, положительно заряженных аминокислот. NLS обычно располагается в любом месте пептидной цепи.

Сигнал ядерного экспорта (NES) — это целевой пептид, который направляет белки из ядра обратно в цитозоль. Он часто состоит из нескольких гидрофобных аминокислот (часто лейцина), разделенных 2-3 другими аминокислотами.

Известно, что многие белки постоянно перемещаются между цитозолем и ядром и содержат как NES, так и NLS.

Ядрышко

Ядрышко внутри ядра можно воздействовать с помощью последовательности, называемой сигналом ядрышковой локализации (сокращенно NoLS или NOS).

Митохондрии и пластиды

Митохондриальный целевой сигнал, также известный как препоследовательность , представляет собой пептид длиной 10-70 аминокислот, который направляет вновь синтезированный белок в митохондрии . Он находится на N-конце и состоит из чередующегося рисунка гидрофобных и положительно заряженных аминокислот, образуя то, что называется амфипатической спиралью. Митохондриальные целевые сигналы могут содержать дополнительные сигналы, которые впоследствии направляют белок в различные области митохондрий, такие как митохондриальный матрикс или внутренняя мембрана. У растений N-концевой сигнал (или транзитный пептид ) нацеливается на пластиду аналогичным образом. Как и большинство сигнальных пептидов, митохондриальные целевые сигналы и пластид-специфические транзитные пептиды расщепляются после завершения нацеливания. Некоторые растительные белки имеют N-концевой транспортный сигнал, который нацеливается на обе органеллы, часто называемый транзитным пептидом с двойной целью . ^[3]^[4] Предполагается, что около 5% всех белков органелл будут иметь двойную направленность, однако конкретное число может быть выше, учитывая различную степень накопления белков-пассажиров в обеих органеллах. ^[5]^[6] Специфичность направленности этих транзитных пептидов зависит от многих факторов, включая чистый заряд и сродство между транзитными пептидами и транспортным аппаратом органелл. ^[7]

Пероксисома

Существует два типа целевых пептидов, направляемых в пероксисому , которые называются пероксисомальными сигналами нацеливания (PTS). Один из них — PTS1, который состоит из трех аминокислот на C-конце. Другой — PTS2, который состоит из последовательности из 9 аминокислот, часто присутствующей на N-конце белка.

Примеры целевых пептидов

В следующем содержании используется расположение одной буквы первичной структуры белка . Префикс «[n]» указывает на N-конец , а суффикс «[c]» указывает на C-конец ; последовательности, в которых отсутствует любой из них, находятся в середине белка. ^[8]^[9]

Цель	Последовательность	Исходный белок или организм
ядро ( NLS )	ПКККРКВ	Большой антиген Т SV40 ( P03070 )
Вне ядра ( NES )	IDMLIDLGLDLSD	Регулятор транскрипции вируса простого герпеса IE63 P10238
ЭР, секреция ( сигнальный пептид )	[n]MMSFVSLLLVGILFWATEAEQLTKCEVFQ	Лактальбумин ( P09462 )
ER, удержание ( KDEL )	КДЕЛ[c]
Митохондриальный матрикс	[n]MLSLRQSIRFFKPATRTLCSSRYLL	S. cerevisiae COX4 ( P04037 )
Пластид	[n]MVAMAMASLQSSMSSLSLSSNSFLGQPLSPITLSPFLQG	Pisum sativum RPL24 ( P11893 )
Складчатая секреция ( Tat )	(С/Т)RRXFLK	Около N-конца ^[10]
пероксисома (PTS1)	СКЛ[c]
пероксисома (PTS2)	[н]XXXXRLXXXXXHL

Смотрите также

Ссылки

^ Рапопорт Т. (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.
^ Мариано Сторнаиуоло; Лавиния В. Лотти; Ника Боргезе; Мария-Розария Торриси; Джованна Моттола; Джанлука Мартире и Стефано Бонатти (март 2003 г.). «Сигналы извлечения KDEL и KKXX, добавленные к одному и тому же репортерному белку, определяют различный трафик между эндоплазматическим ретикулумом, промежуточным компартментом и комплексом Гольджи». Молекулярная биология клетки . 14 (3): 889–902 . doi :10.1091/mbc.E02-08-0468. ПМК 151567 . ПМИД 12631711.
^ Кэрри, Кристофер; Смолл, Ян (февраль 2013 г.). «Переоценка двойного нацеливания белков на митохондрии и хлоропласты». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1833 (2): 253–259 . doi : 10.1016/j.bbamcr.2012.05.029 . PMID 22683762.
^ Шарма, Маянк; Бенневиц, Батиона; Клёсген, Ральф Бернд (декабрь 2018 г.). «Скорее правило, чем исключение? Как оценить значимость двойного нацеливания белков на митохондрии и хлоропласты». Photosynthesis Research . 138 (3): 335– 343. Bibcode : 2018PhoRe.138..335S. doi : 10.1007/s11120-018-0543-7. ISSN 0166-8595. PMID 29946965. S2CID 49427254.
^ Шарма, Маянк; Кречмер, Карола; Лампе, Кристина; Штуттманн, Йоханнес; Клёсген, Ральф Бернд (2019-06-01). «Нацеливание на специфичность ядерно-кодируемых органелльных белков с помощью набора инструментов для самосборки сплит-флуоресцентных белков». Журнал клеточной науки . 132 (11): jcs230839. doi : 10.1242/jcs.230839 . ISSN 0021-9533. PMID 31085714.
^ Баудиш, Бьянка; Лангнер, Уве; Гарц, Инго; Клёсген, Ральф Бернд (январь 2014 г.). «Исключение подтверждает правило? Двойное нацеливание ядерно-кодируемых белков на эндосимбиотические органеллы». New Phytologist . 201 (1): 80– 90. Bibcode :2014NewPh.201...80B. doi : 10.1111/nph.12482 . PMID 24024706. S2CID 32965612.
^ Ge, Changrong; Spånning, Erika; Glaser, Elzbieta; Wieslander, Åke (январь 2014 г.). «Импортные детерминанты органеллоспецифических и двойных таргетинговых пептидов митохондрий и хлоропластов Arabidopsis thaliana». Molecular Plant . 7 (1): 121– 136. doi : 10.1093/mp/sst148 . PMID 24214895.
^ "Pepscan Motifs". shenlab.sols.unlv.edu . Получено 7 апреля 2019 г. .
^ "Сигнал субклеточной локализации". metadb.riken.jp . Получено 7 апреля 2019 г. .
^ Ли, ПА; Туллман-Эрчек, Д; Георгиу, Г (2006). «Бактериальный путь транслокации двойного аргинина». Annual Review of Microbiology . 60 : 373–95 . doi :10.1146/annurev.micro.60.080805.142212. PMC 2654714. PMID 16756481 .

Внешние ссылки

Target+Peptide в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
SPdb (База данных сигнальных пептидов) Архивировано 22.01.2016 на Wayback Machine
Методы прогнозирования:
- SignalP — предсказывает наличие и расположение участков расщепления сигнальных пептидов в аминокислотных последовательностях всех доменов организмов.
- PHOBIUS - комбинированный трансмембранный топологический и сигнальный пептидный предиктор

[1] Рапопорт Т. (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.

[2] Мариано Сторнаиуоло; Лавиния В. Лотти; Ника Боргезе; Мария-Розария Торриси; Джованна Моттола; Джанлука Мартире и Стефано Бонатти (март 2003 г.). «Сигналы извлечения KDEL и KKXX, добавленные к одному и тому же репортерному белку, определяют различный трафик между эндоплазматическим ретикулумом, промежуточным компартментом и комплексом Гольджи». Молекулярная биология клетки . 14 (3): 889–902 . doi :10.1091/mbc.E02-08-0468. ПМК 151567 . ПМИД 12631711.

[3] Кэрри, Кристофер; Смолл, Ян (февраль 2013 г.). «Переоценка двойного нацеливания белков на митохондрии и хлоропласты». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1833 (2): 253–259 . doi : 10.1016/j.bbamcr.2012.05.029 . PMID 22683762.

[4] Шарма, Маянк; Бенневиц, Батиона; Клёсген, Ральф Бернд (декабрь 2018 г.). «Скорее правило, чем исключение? Как оценить значимость двойного нацеливания белков на митохондрии и хлоропласты». Photosynthesis Research . 138 (3): 335– 343. Bibcode : 2018PhoRe.138..335S. doi : 10.1007/s11120-018-0543-7. ISSN 0166-8595. PMID 29946965. S2CID 49427254.

[5] Шарма, Маянк; Кречмер, Карола; Лампе, Кристина; Штуттманн, Йоханнес; Клёсген, Ральф Бернд (2019-06-01). «Нацеливание на специфичность ядерно-кодируемых органелльных белков с помощью набора инструментов для самосборки сплит-флуоресцентных белков». Журнал клеточной науки . 132 (11): jcs230839. doi : 10.1242/jcs.230839 . ISSN 0021-9533. PMID 31085714.

[6] Баудиш, Бьянка; Лангнер, Уве; Гарц, Инго; Клёсген, Ральф Бернд (январь 2014 г.). «Исключение подтверждает правило? Двойное нацеливание ядерно-кодируемых белков на эндосимбиотические органеллы». New Phytologist . 201 (1): 80– 90. Bibcode :2014NewPh.201...80B. doi : 10.1111/nph.12482 . PMID 24024706. S2CID 32965612.

[7] Ge, Changrong; Spånning, Erika; Glaser, Elzbieta; Wieslander, Åke (январь 2014 г.). «Импортные детерминанты органеллоспецифических и двойных таргетинговых пептидов митохондрий и хлоропластов Arabidopsis thaliana». Molecular Plant . 7 (1): 121– 136. doi : 10.1093/mp/sst148 . PMID 24214895.

[8] "Pepscan Motifs". shenlab.sols.unlv.edu . Получено 7 апреля 2019 г. .

[9] "Сигнал субклеточной локализации". metadb.riken.jp . Получено 7 апреля 2019 г. .

[10] Ли, ПА; Туллман-Эрчек, Д; Георгиу, Г (2006). «Бактериальный путь транслокации двойного аргинина». Annual Review of Microbiology . 60 : 373–95 . doi :10.1146/annurev.micro.60.080805.142212. PMC 2654714. PMID 16756481 .