オルガネラへのタンパク質の輸送

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4-10-2017 updated

  1. 概要: Protein trafficking とは
  2. ER ribosome で翻訳されるタンパク質
    • 小胞体での糖鎖付加
  3. Free ribosome で翻訳されるタンパク質

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概要: Protein trafficking とは

タンパク質は、最終的に輸送される場所によって異なる経路を通る。大まかに、以下の 2 通りの経路がある (1)。


  1. 小胞体 endoplasmic reticulum (ER) に結合したリボソームで翻訳され、ゴルジ体を経て以下のオルガネラまたは細胞外に分泌される。
    • 細胞膜
    • リソソーム
    • 細胞外への分泌

  2. フリーのリボソームで翻訳され、以下のオルガネラに輸送される。または細胞質 cytosol で機能する。

以下、1 および 2 の経路について翻訳および輸送のステップを解説する。


1. ER ribosome で翻訳されるタンパク質

粗面小胞体のリボソームで翻訳されるタンパク質は、N 末端側に疎水性アミノ酸から成る シグナル配列 をもつ (1)。翻訳のステップは以下の通りである。むしろ、シグナル配列がリボソームを小胞体にリクルートすると表現した方が適当である。

  1. 翻訳中のタンパク質と RNA から成る signal recognition particles (SRPs) がシグナル配列に結合する。
  2. SRPs は、ER に埋め込まれた SRP receptor と結合する。この時点で翻訳はまだ完了しておらず、リボソームも ER 表面に移動することになる。
  3. SRP receptor はタンパク質が通るチャネルをもっており、これを通じてタンパク質が ER の膜間スペースへ移行する。
  4. ER の中で、プロテアーゼ消化によってシグナル配列が取り除かれる。
  5. 多くのタンパク質は、ER で 糖鎖を付加される glycosylation。
  6. 翻訳終了後、ER に留まって働くタンパク質もあるが、多くのタンパク質はゴルジ体へ輸送される。この輸送は transitional element による小胞輸送である。
  7. ゴルジ体は、ER に近い側から cis, medial および trans に分けられており、それぞれの場所でタンパク質の糖鎖付加、リン酸化および硫化 & プロテオリシス が行われる。
  8. ゴルジ体に留まるタンパク質もあるが、多くはリソソームまたは細胞外へ向かう。

N および O 型の糖鎖付加

小胞体では、Asn-X-Thr または Asn-X-Ser という配列で Asn に糖鎖が付加される (1)。糖鎖は dolichol という膜脂質からアスパラギンのアミド基に移されるため、この糖鎖付加を N-linked glycosylation という。

ゴルジ体でも糖鎖が付加されるが、これは Asn-X-Ser/Thr という配列において Ser or Thr に糖鎖が付加される。これは -OH 基で起こるので、この糖鎖付加を O-linked glycosylation という。

リソソームへ輸送されるタンパク質は、糖鎖のマンノース mannose が リン酸化される。この mannose-6-phosphate がリソソームタンパク質のタグとなる (参考: リソソームのページ に詳細あり)。


細胞外への分泌

細胞外への分泌には、constitutive secretion と regulated secretion の 2 つがある (1)。

Constitutive secretion では、合成されるタンパク質が常に細胞外へ輸送される。細胞外マトリクス のタンパク質であるコラーゲン、エラスチン、フィブロネクチンなどがこの様式で分泌される。

Regulated secretion は エキソサイトーシス exocytosis とも呼ばれる分泌様式である。血糖値 の上昇によって膵臓の β 細胞から分泌される インスリン などが該当する。


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Free ribosome で翻訳されるタンパク質

細胞質にあるフリーのリボソームで翻訳されるタンパク質は、以下のいずれかの場所で働く。


細胞質

アクチン、チューブリンなどの細胞骨格タンパク質、解糖系のタンパク質など。シグナルペプチドをもたないのが特徴である (1)。

核局在シグナル nuclear localizaion signal をもつタンパク質は、それに結合する importin の働きによって核へ輸送される (1)。

ミトコンドリア

ミトコンドリアは独自の DNA をもっているが、これはミトコンドリアタンパク質の 1% をコードしているに過ぎない (1)。残りのタンパク質は細胞質から輸送されてくる。

ミトコンドリアのシャペロン、TOM、TIM などが輸送に関わるタンパク質である。

ペルオキシソーム

ペルオキシソームのタンパク質は、C 末端側に 3 残基の peroxisome targeting signal をもつ。


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References

  1. Amazon link: 水島 (訳) 2015a. イラストレイテッド細胞分子生物学 (リッピンコットシリーズ).