Механизм удаления сигнальной последовательности сигнальной пептидазой (SPC)
• По мере транслокации в люмен эндоплазматического ретикулума (ЭПР) растущие цепи часто подвергаются ковалентной модификации
• Комплекс сигнальной пептидазы отщепляет сигнальные последовательности
Часто по мере транслокации в ЭПР белки ковалентно модифицируются. Наиболее часто происходят следующие три типа модификаций:
• удаление сигнальной последовательности;
• присоединение сложного углеводного остатка (N-гликозилирование); и
• присоединение фосфолипида гликозилфосфати дилинозитола (ГФИ).
Почти каждый белок, поступающий в ЭПР или интегрирующийся в мембрану, подвергается, по крайней мере, одной из этих модификаций.
Наиболее очевидна необходимость отщепления сигнальной последовательности. Если эти последовательности сохраняются, то могут препятствовать образованию нативной структуры белков после транслокации. Также они могут быть ошибочно приняты за сигнальный якорь и вызвать интеграцию секреторных белков в мембрану ЭПР.
Поэтому сигнальные последовательности относятся к «одноразовым» структурам. После выполнения своих функций по адресованию новообразующихся полипептидов в ЭПР и участия в начальных этапах транслокации, они удаляются и отбрасываются.
Отщепление сигнальной последовательности представляет собой универсальное событие транслокации секреторных и таких трансмембранных белков, в которых эта последовательность не является трансмембранным доменом.
Отщепление сигнальной последовательности происходит под действием комплекса мембранных белков, состоящего из пяти субъединиц, который называется комплексом сигнальной пептидазы (SPC). Только две субъединицы комплекса обладают протеолитической активностью, три других, вероятно, играют регуляторную роль.
Поскольку новообразующаяся цепь входит в канал транслокации в виде петли, сайт деградации, по-видимому, должен располагаться внутри мембраны ЭПР, обращенной в сторону люмена, при его разрезании SPC.
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.
Местоположение сайта отщепления сигнальной последовательности зависит от белка и в значительной степени определяется аминокислотным окружением.
Остаток, расположенный с N-терминальной стороны от места расщепления; должен быть представлен аминокислотой с короткой боковой цепью, а остаток, расположенный от него через три аминокислоты, должен принадлежать незаряженной аминокислоте.
Для некоторых белков, поблизости от истинного сайта деградации существует несколько подобных сайтов, и неизвестно, каким образом выбирается нужный. На положение сайта расщепления могут также влиять некоторые неизвестные свойства сигнальной последовательности.
Обычно отщепление сигнальной последовательности происходит после того, как размеры белковой цепи достигли порядка ста или более аминокислот; более точно это определяется самой сигнальной последовательностью.
Для некоторых белков отщепление происходит в гораздо более поздние сроки.
Иногда до отщепления сигнальная последовательность может влиять на взаимодействие белка с другими факторами ЭПР, включая те, которые участвуют в модификации растущей цепи или в образовании нативной структуры.
Особенности строения сигнальной последовательности, которые влияют на время ее отщепления, остаются пока неизвестными.
Отщепившийся сигнальный пептид иногда подвергается дальнейшему протеолизу. Это осуществляется с помощью ферментного комплекса, который называется пептидазой сигнального пептида (SPP, в противоположность сигнальной пептидазе, которая удаляет сигнальный пептид из новообразующейся цепи).
Эта пептидаза активна в отношении определенного набора отщепляемых сигнальных пептидов, что позволяет предполагать существование у нее более сложных функций, чем просто удаление использованного сигнального пептида. Однако подробности ее функционирования неизвестны.
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.
