Механизм сборки белков в комплексы через тиол-опосредованный контроль
• Субъединицы, которые не успели собраться в комплексы, удерживаются в ЭПР за счет взаимодействия с шаперонами.
Помимо образования нативной структуры, некоторые белки должны образовывать комплексы. Большинство мультимерных секреторных и мембранных белков собираются в ЭПР, что добавляет еще один уровень сложности к процессам контроля их качества. В образовании олигомеров участвуют те же типы связей и молекулярных процессов, которые ответственны за формирование нативной структуры: гидрофобные ассоциации, дисульфидные связи и ионные взаимодействия.
Соответственно, те же самые белки, которые обеспечивают скручивание цепи, контролируют их сборку в комплексы. В отсутствие сборки многие белки задерживаются в ЭПР, связанные со специфическими шаперонами. Например, тяжелые цепи иммуноглобулина остаются связанными с BiP до того момента, как они свяжутся с функциональными молекулами легкой цепи. Это приводит к удержанию несобранных тяжелых цепей в ЭПР, и только полностью готовые антитела выходят из ЭПР в аппарат Гольджи. Для удержания несобранных белков в ЭПР также используется тиол-опосредованный контроль.
Специфические цистеиновые остатки, которые образуют в олигомере межмолекулярные дисульфидные связи, служат показателем состояния процесса сборки некоторых белков. Считается, что в отсутствие олигомеризации эти остатки образуют дисульфидные связи с членами семейства ПДИ, что приводит к удержанию неполностью собранных белков в ЭПР. Наконец, первичная структура некоторых белков содержат уникальные сигналы для удержания их в ЭПР Сигналы маскируются, когда происходит правильная сборка, позволяющая белкам покинуть ЭПР. Например, трансмембранный домен а-цепи рецептора Т-клеток, до тех пор пока он не является частью полностью собранного мультимерного рецептора, удерживается в ЭПР.
Наряду с описанными, в люмене ЭПР протекают и другие, более субстрат-специфические процессы контроля за сборкой белков. Например, белки пролил-4-гидроксилаза и Hsp47 участвуют в образовании нативной структуры и в сборке молекул проколлагена, которые собираются в характерные тройные спирали, уникальные для семейства коллагенов.
Субстратно-специфичные белки, выполняющие контрольные функции, часто способствуют процессам скручивания и секреции по неизвестным механизмам.
Часто при созревании и сборке новообразованные белки взаимодействуют более чем с одной системой шаперонов. Поверхность молекулы белка ограничена, поэтому каждое взаимодействие носит временный характер. Поэтому, прежде чем выйти из ЭПР, белок может транспортироваться от одной системы шаперонов к другой. Специфические факторы, с которыми реагирует белок, и последовательность реагирования с ними, варьируют от субстрата к субстрату и, по-видимому, определяются первичной структурой белка. Например, белки с сайтами гликозилирования в N-терминальной области вначале реагируют с кальнексином и с кальретикулином, если сайт гликозирования расположен далее, то белок может связываться с BiP, уже потом — с кальнексином и с кальретикулином.
Поскольку нативная структура белка находится под контролем нескольких различных систем, блокирование их доступа к одному из путей, например при удалении из молекулы сайтов гликозилирования или цистеиновых остатков, часто не предотвращает скручивание и секрецию белка.
Хотя в ЭПР были идентифицированы многие белки, обеспечивающие контроль качества, молекулярные механизмы их действия большей частью остаются неизвестными. Очевидно, что они способны различать белки с неправильной нативной конфигурацией, но не ясно, на чем это основано. Довольно легко отличить белки, не обладающие структурой высшего порядка, но каким образом отличить белки с неправильной структурой от правильно скрученных? Особенно непонятно, как УГГТ осуществляет контрольную функцию. Каким образом белки, образовавшие правильную олигомерную структуру, отличаются от неправильно агрегированных белков?
Для полного понимания механизмов процессов контроля качества в ЭПР необходимо ответить на эти и другие аналогичные вопросы.
Секреция белков начинается с их адресования и транслокации через мембрану гранулярного эндоплазматического ретикулума.
После формирования нативной структуры и посттрансляционных модификаций белки выходят из ЭПР в везикулах, связывающихся с аппаратом Гольджи.
Большая часть белков переносится из аппарата Гольджи к клеточной поверхности в секреторных везикулах.
