Сигнальные последовательности связывания белков с эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР)
• Адресование белка на ЭПР обеспечивается сигнальной последовательностью, представляющей собой короткую цепочку остатков аминокислот, расположенную обычно с N-концевой стороны
• Единственной особенностью, общей для всех сигнальных последовательностей, является наличие центрального гидрофобного внутреннего участка. Обычно этого участка оказывается достаточно для транслокации любого белка
Все белки, структура которых закодирована в ядре, начинают свой биогенез в цитозоле. Первым этапом транслокации белков через мембрану ЭПР, который необходимо преодолеть, является адресование. Он заключается в том, чтобы доставить секреторные и мембранные белки, но не белки цитозоля, к местам их транслокации на ЭПР. В клетке эти белки узнаются по последовательности, присутствующей во вновь синтезированном белке.
Эта последовательность направляет белок к мембране ЭПР и обычно удаляется после того, как он позиционировался.
Представление о том, что белок может позиционироваться на ЭПР за счет последовательности аминокислот, получило название сигнальной гипотезы. Эта гипотеза была предложена в середине 1970-х гг. в результате проведения классических экспериментов, которые впервые продемонстрировали, как клетки направляют белки к специфическим компартментам. Было показано, что синтез секреторного белка начинается в цитозоле с наращивания аминокислот на N-конце.
Сигнальные последовательности были обнаружены в экспериментах по синтезу секреторных белков в бесклеточной системе in vitro.
При этом образовывались более крупные белки, которые при гель-электрофорезе мигрировали с меньшей скоростью (дорожка 1).
В клетке синтезировались белки меньшего размера (дорожка 2).
Если белки синтезировались в присутствии очищенных препаратов ЭПР in vitro,
то они обладали меньшими размерами (дорожка 3) и были способны к переносу через очищенные препараты ЭПР.
Отщепление этого участка от белка происходит только после того, как белок связался с ЭПР, но до окончания его синтеза. Эти аминокислоты удаляются при транспорте белка через мембрану, поскольку не содержащий их белок обнаруживается только внутри ЭПР и не присутствует в цитозоле.
Напротив, как показывают результаты другого эксперимента, если секретируемый белок синтезируется in vitro, в отсутствие ЭПР, то такие аминокислоты не удаляются. Таким образом, согласно представлениям сигнальной гипотезы, наращивание аминокислот позволяет насцентным белкам позиционироваться на ЭПР, а после начала транслокации эти аминокислоты удаляются. Гипотеза также предполагала, что дополнительные аминокислоты находятся в структуре всех секреторных и мембранных белков, но отсутствуют в белках цитозоля. В дальнейшем все эти предположения подтвердились.
Дополнительные аминокислоты, находящиеся в составе первичной структуры белка, сейчас называются сигнальными последовательностями, и их существование, действительно, представляет собой универсальный механизм адресования новообразующихся секреторных и мембранных белков. В большинстве случаев сигнальные последовательности отщепляются от пребелков, давая зрелые белки, которые транспортируются по секреторному пути.
К числу наиболее удивительных особенностей сигнальных последовательностей относится их разнообразие. Единственный для них общий элемент представляет собой центральный участок, состоящий из 6-20 гидрофобных аминокислот, состав которого для разных белков различен. Большинство сигнальных последовательностей на N-конце также содержат несколько полярных аминокислот. Обычно за гидрофобным доменом расположена С-терминальная область полярных аминокислот, где отщепляется сигнальная последовательность. Однако, строго говоря, ни один из этих полярных доменов не является абсолютно необходимым в адресовании.
В качестве сигнальных могут выступать различные последовательности аминокислот, удовлетворяющие вышеприведенным характеристикам. Тем не менее, несмотря на разнообразие, по способности позиционировать белки на ЭПР и обеспечивать их транлокацию, сигнальные последовательности более или менее взаимозаменяемы. Так, сигнальная последовательность одного белка обычно может быть заменена последовательностью другого, причем это не сказывается на способности белка к адресованию и переносу. Аналогичным образом, присоединение к обычно цитозольному белку сигнальной последовательности вызывает его транслокацию.
Удивительно, что такая кажущаяся неспецифической последовательность аминокислот обеспечивает высокую специфичность процесса адресования.
Сигнальные последовательности, направляющие белки в ЭПР, различаются по длине и составу аминокислот.
Общая черта, присущая всем сигнальным последовательностям - наличие протяженного центрального региона,
который, преимущественно, содержит остатки гидрофобных аминокислот, и часто фланкирован заряженными аминокислотами.
