Az intracelluláris fehérje szortírozás ( angol. protein sorting, protein targeting ) a fehérjék jelölésének és azt követő transzportjának folyamata az élő sejtekben, amelyek a fehérjék bejutásához vezetnek a sejt bizonyos részeibe .
A riboszómák citoplazmájában szintetizált fehérjéknek különböző sejtkompartmentekbe kell bejutniuk - a sejtmagba , a mitokondriumokba , az endoplazmatikus retikulumba (ER), a Golgi-készülékbe , a lizoszómákba és másokba .[ mi? ] , és egyes fehérjéknek el kell jutniuk a külső membránhoz vagy az extracelluláris környezetbe. Egy adott rekeszbe való belépéshez a fehérjének speciális címkével kell rendelkeznie. A legtöbb esetben egy ilyen jelölés magának a fehérjének az aminosavszekvenciájának része (a vezető peptid vagy fehérje szignálszekvencia ). Egyes esetekben a fehérjéhez poszttranszlációsan kapcsolt oligoszacharidok jelölőként szolgálnak.
A fehérjék ER-be szállítása szintézisük során történik, mivel az ER-hez szignálszekvenciával rendelkező fehérjéket szintetizáló riboszómák „leülnek” az ER membrán speciális transzlokációs komplexeire. Az EPR szignálszekvenciája általában 5-10 túlnyomórészt hidrofób aminosavat tartalmaz, és a fehérje N-terminálisán található. A távoli részén egy specifikus proteáz által felismert konszenzusszekvencia található. Ezt a jelsorozatot egy speciális komplex - a "jelfelismerő részecske" (jelfelismerő részecske, SRP) ismeri fel. Az SRP hat fehérjéből és egy rövid 7SL RNS- molekulából áll [1] . Az SRP egyik szakasza a szignálszekvenciához kötődik, míg a másik a riboszómához kötődik, és blokkolja a transzlációt. Egy különálló SRP domén felelős az ER membránon lévő SRP receptorhoz való kötődésért.
Az SRP-vel együtt a riboszóma az ER-hez költözik, és az ER membrán citoszol oldalán található SRP receptorhoz (integrált fehérjéhez) kötődik. Ez a komplex (riboszóma - SRP - SRP receptor) egy pórushoz kötődik - egy fehérje transzlokátorhoz az ER membránon. Általában több riboszóma kapcsolódik az mRNS-hez, és a poliriboszómák az ER membránon helyezkednek el, és mindegyik riboszóma a saját pórusaihoz kapcsolódik. Az mRNS 3' végét elérve a riboszóma visszatér a citoplazmába, azonban az mRNS megmarad az ER membránon, mivel az SRP-hez kötött új riboszómák az 5' végéhez kapcsolódnak.
A transzlokátorhoz való kötődés után az SRP-SRP receptor komplex leválik a riboszómáról, és ez a transzláció újraindulásához vezet. Mára bebizonyosodott, hogy a fehérje, ahogy transzlálódik, a kapumechanizmussal rendelkező transzlokátor vízcsatornáján keresztül jut be az ER-be, és a Sec61 komplex négy alegysége eukariótákban képződik (a homológ fehérjék bakteriálisokon is megtalálhatók). sejtmembránok).
A transzláció újraindulása után a szignálszekvencia hidrofób régiója kapcsolatban marad a transzlokátorral, és az újonnan szintetizált fehérje hurok formájában az ER-be kerül. Ez a folyamat nem igényel további ATP-energia kiadást. Miután a fehérje C-terminálisa elválik a riboszómától, és az ER-ben találja magát, a szignálpeptid proteáz levágja azt a fehérjéről. Az ER belsejében lévő fehérje felgyűrődik, normális konformációt nyer, és a szignálpeptid a transzlokátorban megnyílt laterális csatornán keresztül az ER membrán lipid kettős rétegébe kerül, ahol a proteázok gyorsan lebontják.
Az ER-be bejutott fehérje ebben az organellumban marad, ha a C-terminálison négy aminosavból álló speciális ER-megtartó szekvenciával rendelkezik. Az ER-ben megmaradt fehérjék egy része fontos szerepet játszik az ER-n áthaladó fehérjék feltekeredésében és poszttranszlációs módosításában. Így a diszulfid-izomeráz enzim katalizálja a cisztein szabad SH csoportjainak oxidációját és a diszulfid kötések kialakulását, míg a BiP chaperon fehérje megakadályozza a fehérjék nem megfelelő feltekeredését és aggregációját, amíg azok kvaterner struktúrákat nem alkotnak, és elősegíti a kapcsolódó fehérjék megtartását is. vele a sürgősségi.
Egy hasonló, de összetettebb mechanizmus biztosítja a transzmembrán fehérjék kotranszlációs beépülését az ER membránba.
A fehérjék poszttranszlációs transzportja is történik az ER-be (gyakrabban élesztőben), amelyben a teljesen szintetizált fehérje a citoszolban lévő chaperonokhoz kötődik, majd egy transzlokátoron keresztül a Hsp70 családba tartozó chaperonok részvételével az ER-be kerül. . Ez a fajta szállítás ATP-függő. A (főleg 8-16 aminosav hosszúságú) peptidek citoszolból az ER-be történő transzportjára, majd MHC-I molekulákkal kombinálva történő későbbi bemutatására egy speciális transzlokátor, a TAP fehérje áll rendelkezésre.
Az EPR-ből a Golgi-apparátusba (AG), majd onnan a lizoszómákba, a külső membránba vagy az extracelluláris környezetbe a fehérjék hólyagos transzporttal jutnak be . Az ER üregébe bekerült fehérjék többségét egy standard oligoszacharid segítségével glikozilezik, amelynek szintézise a durva ER membránján történik. A szintetizált oligoszacharid pirofoszfát, amely a lipid dolicholhoz kötődik, amely rögzíti azt a membránban, és az oligoszacharil-transzferáz enzim segítségével az aszparagin oldalsó aminocsoportjába kerül. A fehérjék helyes feltekeredése ennek az oligoszacharid jelölésnek a jelenlététől függ, mivel a kalciumfüggő chaperonok, a calnexin és a calreticulin (mindketten lektinek ) kapcsolódnak hozzá (módosítása után ); az ER-ben megtartják a nem teljesen feltekeredő fehérjéket, és biztosítják kölcsönhatásukat más chaperonokkal. Ha a fehérje egy ideig nem hajtogatott megfelelően, akkor visszahelyeződik a citoszolba, megfosztja az oligoszacharidtól, ubiquitinilálódik, és lebomlik a proteaszómákban . Ha a fehérje megfelelően van hajtogatva, akkor az AG-ba kerülhet, vagy az ER-ben maradhat.
A fehérjék az ER-ből a szegélyezett membránvezikulákon belül az AG-ba jutnak, amelyek burkát a COP-II fehérje képezi. Minden helyesen hajtogatott fehérje "alapértelmezés szerint" ilyen vezikulákba esik, és az AG-ba kerül, majd néhányuk visszatér az ER-be. A speciális jeljelölésű fehérjék azonban a transzportvezikulákban koncentrálódnak, míg az ilyen jelölés nélküli fehérjék kis mennyiségben jutnak oda. Az ER-ből levált vezikulák membránjukat elvesztve tubuláris-vezikuláris klaszterekké egyesülnek, amelyek motorfehérjék segítségével a mikrotubulusok mentén az AG-ba vándorolnak. Ezekből a klaszterekből (valamint a cisz-Golgiból) a COP-I fehérjével bevont vezikulák válnak le, biztosítva a rezidens fehérjék fordított transzportját az ER-be. A fehérjék ER-be való visszatérését egy rövid szignálszekvencia biztosítja a C-terminálisukon, amely vagy közvetlenül kötődik a COP-I-hez (membránfehérjék esetében), vagy egy specifikus receptorhoz, amely kölcsönhatásba lép a COP-I-vel (oldható fehérjék esetében). Azok a fehérjék, amelyekből ezek a szekvenciák hiányoznak, előnyösen az AG-ban maradnak.
A vezikulák belsejében a fehérjék fokozatosan a cisz-Golgiból a transz-Golgiba kerülnek. Ahogy a fehérjék az AG belsejében mozognak, a glikoziltranszferáz enzimek módosítják oligoszacharid "jeleiket". Az ilyen enzimek segítségével az AG-ban glikoproteinek - mucinok és proteoglikánok - szintetizálódnak.
A membránfehérjék és a lizoszómák emésztőenzimei a transz-Golgiból a klatrinnal bevont vezikulákban a korai endoszómába , majd onnan a lizoszómába jutnak . Ahhoz, hogy a lizoszómális enzimek (savas hidrolázok ) bejussanak a lizoszómákba, speciális címkével kell rendelkezniük – mannóz-6-foszfát maradékokkal az oligoszacharidláncok végén. Ezt a jelölést két szakaszban alkalmazzák. Először a cisz-Golgiban az N-acetil-glükózamin-foszfotranszferáz enzim az N-acetil-glükózamin-foszfát-maradékokat oligoszacharidokhoz köti, majd a transz-Golgi-ban a második enzim hasítja le az N-acetil-glükózamint. A címkét azokra a fehérjékre alkalmazzák, amelyek a harmadlagos szerkezet sajátos jellemzőivel rendelkeznek - a "jeltubercle" (jelfolt). Ezután a mannóz-6-foszfátokat egy specifikus membránreceptor ismeri fel, amelyhez hidrolázok kapcsolódnak. Az endoszómákban a pH csökkenésével a hidrolázok elkülönülnek a receptoroktól, amelyek speciális vezikulák részeként visszajutnak az AG-ba.
Az N-acetil-glükózamin-foszfotranszferáz gén mutációi a mukopoliszacharidózis súlyos formájának kialakulásához vezetnek , amely egy I-sejtes betegség , amelyben az összes lizoszóma enzim az extracelluláris környezetbe szekretálódik.
Fehérjék szállítása a külső környezetből a lizoszómákbaNormális esetben is a lizoszómális enzimek egy része felszabadul a sejtből, és a lizoszómák membránfehérjéinek egy része bejut annak külső membránjába. Az extracelluláris környezetből a lizoszómális enzimek endocitózissal felvehetők és a lizoszómákba szállíthatók (lásd [2] ).
Fehérjék transzportja a citoplazmából a lizoszómákbaAz AG-ból származó hólyagos transzport mellett van egy másik módja a fehérjék lizoszómákba történő szállításának. Így a chaperon által közvetített autofágia során a részben denaturált fehérjék a citoplazmából a lizoszóma membránon keresztül az üregébe kerülnek, ahol megemésztik őket. Az autofágiának ezt a típusát, amelyet csak emlősökben írnak le, stressz váltja ki. A hsp-70 családba tartozó citoplazmatikus chaperon fehérjék, a segédfehérjék és a LAMP-2 részvételével fordul elő, amely membránreceptorként szolgál a chaperon és a lizoszómába szállítandó fehérje komplexének. Az antigénprezentáló sejtekben (pl. dendritikus sejtek ) az MHC-II-vel komplexben bemutatott peptidek transzportja közvetlenül a lizoszómákba történhet a TAPL transzlokátor fehérjén keresztül.
A fehérjék nukleáris pórusokon keresztül jutnak be a sejtmagba . Akár 500 makromolekula is szállítható egyszerre mindkét irányban a magpóruson keresztül. A legfeljebb 5000 dalton molekulatömegű fehérjék (peptidek) szabadon diffundálnak a nukleáris pórusokon. Passzív transzport (diffúzió) révén akár 60 000 dalton molekulatömegű fehérjék is behatolhatnak a pórusokon.
A nagyobb fehérjék aktívan (energia ráfordítással) kerülnek a sejtmagba. A sejtmagba való bejutáshoz az ilyen fehérjéknek tartalmazniuk kell egy bizonyos aminosavszekvenciát - egy nukleáris lokalizációs jelet . A transzportfaktorok, a karioferinek (importinok) közvetlenül vagy adapterfehérjék segítségével kötődnek ehhez a szekvenciához. A karioferinek a nukleáris pórusok összetevőihez is kötődnek. A szállításhoz szükséges energiát a GTP hidrolízise biztosítja a kis monomer GTPáz Ran által. A citoplazmában a Ran a GDP-hez asszociált formában van, mivel a Ran-GAP fehérjék (a Ran GTPáz aktivitásának aktivátorai) a citoplazmában lokalizálódnak, a sejtmagban pedig a Ran a GTP-vel asszociált formában, mivel a A GDP cseréjét biztosító fehérje a sejtmagban lokalizálódik.a GTF-en. A Ran-GTP a nukleáris pórus belső oldalán lévő „terhelt” karioferinhez kötve biztosítja annak kiürülését. A hozzákapcsolt Ran-GTP-vel rendelkező receptor ezután belép a citoplazmába, ahol a GAP fehérje a GTP hidrolízisét és a Ran-GDP karioferintől való elválasztását okozza.
Hasonló mechanizmus biztosítja a fehérjék sejtmagból történő exportálását, csak ezeknek a fehérjéknek eltérő szignálszekvenciával kell rendelkezniük - a sejtmagból történő export jele, amelyhez az exportinek kötődnek.
A megfelelő szignálszekvenciákkal rendelkező fehérjék specifikus fehérjetranszlokátor pórusokon, chaperonok közreműködésével jutnak be a mitokondriumokba és a kloroplasztiszokba .