Цикл кальнексин и кальретикулин в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР)
• Кальнексин и кальретикулин сопровождают гликопротеины в повторяющихся циклах их взаимодействия с шаперонами, что контролируется присоединением и удалением глюкозы.
Еще одна форма контроля за образованием нативной структуры белка в ЭПР осуществляется шаперонами, зависимыми от лектинов. При этом гликопротеины в люмене ЭПР связаны с белками, присоединяющими углеводы (лектинами).
Эти лектины обычно представлены интегральным мембранным белком кальнексином и его гомологом, присутствующем в люмене, — кальретикулином. По-видимому, они не являются шаперонами. Их функция заключается в том, что они облегчают контакт новообразованных гликопротеинов с ПДИ и шапероном ERp57.
Таким образом, гликозилирование транслоцированных белков представляет собой еще один путь контроля за их качеством. Хотя кальнексин и кальретикулин узнают несколько разные сайты гликопротеинов, они функционируют одинаково, и поэтому в данном разделе будет рассмотрен только кальнексин.
Как показано на рисунке ниже, вступление белка в кальнексиновый цикл контролируется специфической модификацией углеводной структуры, которая добавляется к молекуле белка при его транслокации. При первом добавлении углеводного остатка одна из его ветвей заканчивается тремя остатками глюкозы.
Два дальних остатка глюкозы быстро удаляются (глюкозидазой I и II соответственно). При этом остается только ближайший остаток глюкозы. Затем кальнексин соединяется с этой формой белка, что обеспечивает его контакт с ERp57, который катализирует образование или перегруппировку дисульфидных связей и позволяет белку принять нативную структуру.
После приобретения белком нативной структуры под действием ERp57 последний остаток глюкозы удаляется из белка глюкозидазой II. Белок, не имеющий гликозильных остатков, уже не является субстратом кальнексина. Однако если после одного кальнексинового цикла белок приобрел неправильную структуру, то под действием фермента УГГТ (УДФ-глюкоза-гликопротеин гликозил трансфераза), содержащегося в люмене, гликозилирование может пройти повторно.
Это позволяет белку опять связаться с кальнексином и снова пройти цикл. Таким образом, остатки глюкозы могут добавляться к белку и отщепляться от него несколько раз, пока он не примет нативную структуру. При этом УГГТ играет критическую роль, поскольку представляет собой инструмент, позволяющий различать правильно и неправильно скрученный белок.
УГГТ узнает открытые кластеры гидрофобных остатков и может осуществлять повторное гликозилирование сайтов, находящихся вдали от тех областей молекулы, которые УГГТ узнает как нескрученные.
Хотя кальнексиновый цикл описан подробно, общебиологическое значение скручивания и раскручивания гликопротеинов, особенно в ходе описанного цикла, остается не совсем ясным. Фактически мыши, у которых ген кальнексина удален, доживают до взрослого возраста, и хотя дефицит кальретикулина оказывается летальным в процессе эмбрионального развития, это в большей степени связано его ролью в регуляции обмена ионов кальция в ЭПР, чем с участием в формировании нативной структуры.
Возможно, что роли многочисленных систем шаперонов, существующих в люмене ЭПР, частично перекрываются, так, что утрата одного шаперона переносится клеткой.
Присутствие остатка глюкозы в составе N-концевого олигосахарида дает возможность молекуле белка,
обладающей неправильной структурой, еще раз связаться с кальнексином или кальретикулином и повторить попытку сборки нативной структуры.
Остаток глюкозы добавляется к неправильно собранным белкам с помощью фермента УГГТ.
Следовательно, фермент способен различать белки, имеющие правильную и неправильную структуру.