Добавление гликозилфосфатидилинозитола (ГФИ) к белкам
Довольно значительная часть белков, которые переносятся в эндоплазматический ретикулум (ЭПР), модифицируется за счет ковалентного связывания с фосфолипидным остатком. Посредством ковалентного связывания с мембранным гликолипидом (мембранный фосфолипид, связанный полярной головкой с сахарной структурой), который называется гликозилфосфатидилинозитол (ГФИ), переносимый белок может фиксироваться на липидном бислое со стороны люмена.
В результате белок остается связанным с мембраной. При этом трансмембранный белок может иметь на мембране дополнительную точку связывания. Причина, почему белок связывается с мембраной посредством ГФИ, а не путем интеграции, остается неясной. Существуют данные о том, что в результате связывания с ГФИ отбираются белки, предназначенные для внутриклеточного транспорта, например на апикальную поверхность поляризованных клеток, в кавеолы плазматической мембраны, или в липидное окружение.
Белки, связанные с мембраной посредством липида, обладают большей подвижностью в пределах мембраны, чем интегрированные белки, поскольку липиды быстрее диффундируют в мембране. Также интегрированные белки с трудом выходят из мембраны, а белки, связанные посредством ГФИ, могут освобождаться при ферментативном удалении гликолипида. Таким образом, белок может освобождаться из мембраны в ответ, например, на получаемый клеткой сигнал.
ГФИ представляет собой сложную структуру, которая должна синтезироваться раньше, чем она присоединится к белкам. Как показано на рисунке ниже, синтез ГФИ начинается на мембране ЭПР со стороны цитозоля. При этом происходит взаимодействие мембранного фосфолипида фосфатидилинозитола (PI) с N-ацетилглюкозамином (G1cNAc).
В дальнейшем происходит деацетилирование GlcNAc-PI и добавляются три остатка маннозы. Фосфоэтаноламин добавляется к каждому остатку маннозы, и при этом образуется конечный субстрат ГФИ. Во время протекания этих реакций один из промежуточных продуктов транспортируется через мембрану и оказывается со стороны люмена, где добавляется к перенесенным белкам.
Изменение расположения продукта по сторонам мембраны, по-видимому, происходит за счет действия транслоказы или «флиппазы». Впрочем, эту флиппазу еще следует обнаружить, так же как и выяснить, на какой стадии синтеза ГФИ она действует.
Добавление ГФИ требует узнавания новообразованной цепи, которая является субстратом, и переноса остатка ГФИ на соответствующий акцепторный сайт. Сигналом добавления ГФИ служит небольшой гидрофобный домен, расположенный с С-терминальной стороны. Длина его обычно составляет от десяти до тридцати аминокислотных остатков. Подобно N-терминальным сигнальным последовательностям, сигнал ГФИ меняется от белка к белку, такие сигналы разных белков взаимозаменяемы.
Когда присоединяется ГФИ, его сигнальная последовательность удаляется, и остаток ГФИ добавляется к новому остатку с С-терминальной стороны, который называется сайт омега (w). Таким образом, так же как и сигнальная последовательность, ГФИ сигналы имеют одноразовую природу — они используются и затем отбрасываются.
Интегральный мембранный белок состоит, по крайней мере, из двух компонентов, Gaa1р и Gpi8p, катализирующих связывание с ГФИ. Наиболее вероятный механизм связывания включает двухэтапную реакцию трансаминирования. На первом этапе фермент образует ковалентный интермедиат с сайтом w, что приводит к отщеплению С-терминального пептида от остального белка. Затем терминальный фосфоэтаноламиновый остаток ГФИ вступает в контакт с новообразующимся белком при участии фермента и добавляется к сайту со. При этом образуется ГФИ-связанный белок и освобождается фермент.
Неизвестно, требуются ли для этого АТФ или ГТФ и необходима ли для добавления ГФИ предварительная интеграция сигнальной последовательности в бислой.
Хотя присоединение ГФИ катализируется трансами-назой, а не протеазой, существует поразительное сходство между процессами узнавания и отщепления сигнальной последовательности и ГФИ сигнала. Сигнальная последовательность и сигнал ГФИ достаточно сходны в том отношении, что часто могут выполнять одинаковые функции, если в белке занимают одно и то же положение. В некоторых случаях обычная N-терминальная сигнальная последовательность может служить в качестве ГФИ сигнала, если она сливается с С-терминальным участком секреторного белка.
Оба типа сигналов узнаются как трансмембранные домены и интегрируются в бислой, если находятся в середине молекулы белка. Сайты расщепления двух этих типов сигналов также сходны. Все эти черты сходства позволяют предполагать интригующую возможность, что в узнавании двух типов сигналов могут участвовать одни и те же белки.
Добавление остатка ГФИ к белку происходит в два этапа.
Вначале один из белков ферментативного комплекса расщепляет субстратный белок по специфическому сайту,
ковалентно связываясь с ним в процессе расщепления.
Затем эта связь замещается одной из фосфоэтаноламинных групп ГФИ с образованием ГФИ модифицированного белка.