オルガネラへのタンパク質の輸送

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4-10-2017 updated

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)。

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
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。
- 核 nucleus
- ミトコンドリア
- ペルオキシソーム

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。

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。

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。
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。
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。
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。
多くのタンパク質は、ER で糖鎖を付加される glycosylation。
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。
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。
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。

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。

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	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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