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Péptido señal

Un péptido señal (a veces denominado secuencia señal , señal de orientación , señal de localización , secuencia de localización , péptido de tránsito , secuencia líder o péptido líder ) es un péptido corto (generalmente de 16 a 30 aminoácidos de longitud) [1] presente en el extremo N (u ocasionalmente de manera no clásica en el extremo C [2] o internamente) de la mayoría de las proteínas recién sintetizadas que están destinadas hacia la vía secretora . [3] Estas proteínas incluyen aquellas que residen dentro de ciertos orgánulos (el retículo endoplasmático , Golgi o endosomas ), secretadas de la célula o insertadas en la mayoría de las membranas celulares. Aunque la mayoría de las proteínas unidas a la membrana de tipo I tienen péptidos señal, la mayoría de las proteínas unidas a la membrana de tipo II y de múltiples capas se dirigen a la vía secretora por su primer dominio transmembrana , que bioquímicamente se parece a una secuencia señal excepto que no está escindido. Son un tipo de péptido diana .

Función (translocación)

Los péptidos señal funcionan para incitar a una célula a translocar la proteína, generalmente a la membrana celular. En procariotas , los péptidos señal dirigen la proteína recién sintetizada al canal conductor de proteínas SecYEG, que está presente en la membrana plasmática . Existe un sistema homólogo en eucariotas , donde el péptido señal dirige la proteína recién sintetizada al canal Sec61, que comparte homología estructural y de secuencia con SecYEG, pero está presente en el retículo endoplasmático. [4] Tanto los canales SecYEG como Sec61 se conocen comúnmente como translocón , y el tránsito a través de este canal se conoce como translocación. Mientras que las proteínas secretadas se enhebran a través del canal, los dominios transmembrana pueden difundirse a través de una compuerta lateral en el translocón para dividirse en la membrana circundante.

Estructura

El núcleo del péptido señal contiene un largo tramo de aminoácidos hidrófobos (de unos 5 a 16 residuos de longitud) [5] que tiene tendencia a formar una única hélice alfa y también se denomina "región h". Además, muchos péptidos señal comienzan con un corto tramo de aminoácidos con carga positiva, que puede ayudar a aplicar la topología adecuada del polipéptido durante la translocación mediante lo que se conoce como la regla del interior positivo . [6] Debido a su ubicación cercana al extremo N, se denomina "región n". Al final del péptido señal, normalmente hay un tramo de aminoácidos que la peptidasa señal reconoce y escinde y, por lo tanto, se denomina sitio de escisión. Este sitio de escisión está ausente en los dominios transmembrana que sirven como péptidos señal, que a veces se denominan secuencias de anclaje de señal. La peptidasa señal puede escindir durante o después de completar la translocación para generar un péptido señal libre y una proteína madura. Los péptidos señal libres son digeridos por proteasas específicas. Además, los distintos tipos de péptidos señal se dirigen a diferentes lugares de destino. Por ejemplo, la estructura de un péptido diana que se dirige al entorno mitocondrial difiere en cuanto a longitud y muestra un patrón alterno de pequeñas secciones hidrofóbicas y cargadas positivamente. Los péptidos señal que se dirigen al núcleo se pueden encontrar tanto en el extremo N como en el extremo C de una proteína y, en la mayoría de los casos, se conservan en la proteína madura.

Es posible determinar la secuencia de aminoácidos del péptido señal N-terminal mediante la degradación de Edman , un procedimiento cíclico que escinde los aminoácidos uno a la vez. [7] [8]

Translocación co-traduccional versus translocación postraduccional

Tanto en procariotas como en eucariotas, las secuencias señal pueden actuar de forma cotraduccional o postraduccional.

La vía co-traduccional se inicia cuando el péptido señal emerge del ribosoma y es reconocido por la partícula de reconocimiento de señal (SRP). [9] La SRP detiene entonces la traducción posterior (el arresto de la traducción sólo ocurre en eucariotas) y dirige el complejo secuencia señal-ribosoma-ARNm al receptor SRP , que está presente en la superficie de la membrana plasmática (en procariotas) o del RE (en eucariotas). [10] Una vez que se completa la orientación a la membrana, la secuencia señal se inserta en el translocón. A continuación, los ribosomas se acoplan físicamente a la cara citoplasmática del translocón y se reanuda la síntesis de proteínas. [11]

La vía postraduccional se inicia después de que se completa la síntesis de proteínas. En procariotas, la secuencia señal de los sustratos postraduccionales es reconocida por la proteína chaperona SecB que transfiere la proteína a la ATPasa SecA , que a su vez bombea la proteína a través del translocón. Aunque se sabe que la translocación postraduccional ocurre en eucariotas, se comprende poco. Se sabe que en levaduras la translocación postraduccional requiere el translocón y dos proteínas adicionales unidas a la membrana, Sec62 y Sec63 . [12]

Determinación de la eficiencia de la secreción

Los péptidos señal son extremadamente heterogéneos, muchos procariotas y eucariotas son funcionalmente intercambiables dentro o entre especies y todos determinan la eficiencia de la secreción de proteínas. [13] [14] [15]

Características a nivel de nucleótidos

En los vertebrados, la región del ARNm que codifica el péptido señal (es decir, la región codificante de la secuencia señal o SSCR) puede funcionar como un elemento del ARN con actividades específicas. Las SSCR promueven la exportación nuclear del ARNm y la localización adecuada en la superficie del retículo endoplasmático. Además, las SSCR tienen características de secuencia específicas: tienen un bajo contenido de adenina , están enriquecidas en ciertos motivos y tienden a estar presentes en el primer exón con una frecuencia mayor a la esperada. [16] [17]

Mecanismos de secreción alternativos

Las proteínas sin péptidos señal también pueden secretarse mediante mecanismos no convencionales, como la interleucina o la galectina. [18] El proceso por el cual dichas proteínas secretoras acceden al exterior de la célula se denomina secreción de proteínas no convencionales (UPS). En las plantas, incluso el 50 % de las proteínas secretadas pueden depender de la UPS. [19]

Secuencias no clásicas

Los péptidos señal suelen estar ubicados en el extremo N-terminal de las proteínas. Algunos tienen péptidos señal internos o en el extremo C-terminal (ejemplos: señal de orientación peroxisomal y señal de localización nuclear). La estructura de estos péptidos señal no clásicos difiere enormemente de los péptidos señal del extremo N-terminal. [2]

Nomenclatura

Los péptidos señal no deben confundirse con los péptidos líderes que a veces codifica el ARNm líder, aunque a ambos se los denomina a veces de forma ambigua "péptidos líderes". Estos otros péptidos líderes son polipéptidos cortos que no funcionan en la localización de proteínas, sino que pueden regular la transcripción o la traducción de la proteína principal y no forman parte de la secuencia proteica final. Este tipo de péptido líder se refiere principalmente a una forma de regulación génica que se encuentra en las bacterias, aunque se utiliza un mecanismo similar para regular los genes eucariotas, que se conoce como uORF (marcos de lectura abiertos ascendentes).

Véase también

Referencias

  1. ^ Kapp, Katja; Schrempf, Sabrina; Lemberg, Marius K.; Dobberstein, Bernhard (1 de enero de 2013). Funciones posteriores a la focalización de los péptidos señal. Biociencia de las Landas.
  2. ^ ab Owji, Hajar; Nezafat, Navid; Negahdaripour, Manica; Hajiebrahimi, Ali; Ghasemi, Younes (agosto de 2018). "Una revisión exhaustiva de los péptidos señal: estructura, funciones y aplicaciones". Revista Europea de Biología Celular . 97 (6): 422–441. doi :10.1016/j.ejcb.2018.06.003. PMID  29958716. S2CID  49612506.
  3. ^ Blobel G, Dobberstein B (diciembre de 1975). "Transferencia de proteínas a través de membranas. I. Presencia de cadenas ligeras de inmunoglobulina nacientes procesadas y no procesadas proteolíticamente en ribosomas unidos a membranas de mieloma murino". The Journal of Cell Biology . 67 (3): 835–51. doi :10.1083/jcb.67.3.835. PMC 2111658 . PMID  811671. 
  4. ^ Rapoport TA (noviembre de 2007). "Translocación de proteínas a través del retículo endoplasmático eucariota y las membranas plasmáticas bacterianas". Nature . 450 (7170): 663–9. Bibcode :2007Natur.450..663R. doi :10.1038/nature06384. PMID  18046402. S2CID  2497138.
  5. ^ Käll L, Krogh A, Sonnhammer EL (mayo de 2004). "Un método combinado de predicción de péptidos señal y topología transmembrana". Journal of Molecular Biology . 338 (5): 1027–36. doi :10.1016/j.jmb.2004.03.016. PMID  15111065.
  6. ^ von Heijne G , Gavel Y (julio de 1988). "Señales topogénicas en proteínas integrales de membrana". Revista Europea de Bioquímica . 174 (4): 671–8. doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14150.x . PMID  3134198.
  7. ^ "26.6 Secuenciación de péptidos: la degradación de Edman". Chemistry LibreTexts . 2015-08-26 . Consultado el 2018-09-27 .
  8. ^ "Servicio de secuenciación N-terminal - Degradación de Edman". www.alphalyse.com . Consultado el 27 de septiembre de 2018 .
  9. ^ Walter P, Ibrahimi I, Blobel G (noviembre de 1981). "Translocación de proteínas a través del retículo endoplasmático. I. La proteína de reconocimiento de señales (SRP) se une a polisomas ensamblados in vitro que sintetizan proteína secretora". The Journal of Cell Biology . 91 (2 Pt 1): 545–50. doi :10.1083/jcb.91.2.545. PMC 2111968 . PMID  7309795. 
  10. ^ Gilmore R, Blobel G, Walter P (noviembre de 1982). "Translocación de proteínas a través del retículo endoplasmático. I. Detección en la membrana microsomal de un receptor para la partícula de reconocimiento de señales". The Journal of Cell Biology . 95 (2 Pt 1): 463–9. doi :10.1083/jcb.95.2.463. PMC 2112970 . PMID  6292235. 
  11. ^ Görlich D, Prehn S, Hartmann E, Kalies KU, Rapoport TA (octubre de 1992). "Un homólogo mamífero de SEC61p y SECYp se asocia con ribosomas y polipéptidos nacientes durante la translocación". Cell . 71 (3): 489–503. doi :10.1016/0092-8674(92)90517-G. PMID  1423609. S2CID  19078317.
  12. ^ Panzner S, Dreier L, Hartmann E, Kostka S, Rapoport TA (mayo de 1995). "Transporte postraduccional de proteínas en levadura reconstituida con un complejo purificado de proteínas Sec y Kar2p". Cell . 81 (4): 561–70. doi : 10.1016/0092-8674(95)90077-2 . PMID  7758110. S2CID  14398668.
  13. ^ Kober L, Zehe C, Bode J (abril de 2013). "Péptidos señal optimizados para el desarrollo de líneas celulares CHO de alta expresión". Biotecnología y bioingeniería . 110 (4): 1164–73. doi :10.1002/bit.24776. PMID  23124363. S2CID  449870.
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  15. ^ Molino JV, de Carvalho JC, Mayfield SP (6 de febrero de 2018). "Comparación de péptidos señal secretores para la expresión de proteínas heterólogas en microalgas: expansión del portafolio de secreción para Chlamydomonas reinhardtii". PLOS ONE . ​​13 (2): e0192433. Bibcode :2018PLoSO..1392433M. doi : 10.1371/journal.pone.0192433 . PMC 5800701 . PMID  29408937. 
  16. ^ Palazzo AF, Springer M, Shibata Y, Lee CS, Dias AP, Rapoport TA (diciembre de 2007). "La región codificante de la secuencia señal promueve la exportación nuclear de ARNm". PLOS Biology . 5 (12): e322. doi : 10.1371/journal.pbio.0050322 . PMC 2100149 . PMID  18052610. 
  17. ^ Cenik C, Chua HN, Zhang H, Tarnawsky SP, Akef A, Derti A, et al. (abril de 2011). Snyder M (ed.). "El análisis del genoma revela la interacción entre los intrones 5'UTR y la exportación de ARNm nuclear para genes secretores y mitocondriales". PLOS Genetics . 7 (4): e1001366. doi : 10.1371/journal.pgen.1001366 . PMC 3077370 . PMID  21533221. 
  18. ^ Nickel W, Seedorf M (2008). "Mecanismos no convencionales de transporte de proteínas a la superficie celular de células eucariotas". Revisión anual de biología celular y del desarrollo . 24 : 287–308. doi :10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175320. PMID  18590485.
  19. ^ Agrawal GK, Jwa NS, Lebrun MH, Job D, Rakwal R (febrero de 2010). "Secretoma de las plantas: desvelando los secretos de las proteínas secretadas". Proteómica . 10 (4): 799–827. doi :10.1002/pmic.200900514. PMID  19953550. S2CID  20647387.

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