Wewnątrzkomórkowa molekularna poczta

Grzegorz Czerwonka | 2006-05-14

Udało się zobrazować ważny etap sortowania białek. Pozwoli to na jego lepsze poznanie i umożliwi znalezienie nowych czynników modulujących ekspresję białek oraz poznanie molekularnego mechanizmu ich działania. Proces ten jest kluczowym etapem w ekspresji białek w komórce. Największe znaczenie ma analiza tego szlaku w przypadku syntezy białek membranowych oraz sekrecyjnych. Efektem tego może być zwiększenie wydajności szczepów produkcyjnych np.: przy syntezie ludzkiej insuliny.

"Większość białek ma określone miejsce w komórce, gdzie może pełnić swoją funkcję. Jak się tam dostają? Naukowcom z Charité Berlin, Uniwersytetu w Heidelbergu i Instytutu Maxa Plancka w Berlinie udało się zobrazować strukturę „molekularnej maszyny” zaangażowanej w sortowanie białek. Dokonali tego wykorzystując mikroskopię cryo-elektronową i analizę pojedynczych cząstek. Maszyna ta składa się z pojedynczego rybosomu i specjalnego białka rozpoznawczego, które łączy się z receptorem. Naukowcy udowodnili, że gdy te trzy cząsteczki oddziałują ze sobą, pewne rejony w rybosomie otwierają się, co pozwala na łączenie się rybosomu z kolejnym kompleksem. Kompleksem tym jest translokon, który jest odpowiedzialny za przenoszenie nowo zsyntetyzowanych białek przez membranę. Poznanie tej struktury pomoże zrozumieć jak białka sekrecyjne i membranowe ulegają ekspresji i jak są sortowane w komórce."(Science, May 5, 2006).

Rys.: Rearanżacja czynnika SRP przyłączonego do rybosomu. Widoczne są miejsca wiązania translokonu na powierzchni rybosomu.
Obraz: Max Planck Institute for Molecular Genetics

Sortowanie białek jest podstawowym procesem w każdym organizmie, od bakterii do ludzi. Szczególnie ważne w biosyntezie jest sortowanie białek sekrecyjnych i membranowych, które musza znaleźć drogę do miejsca w którym spełnią swoją funkcję, wewnątrz lub poza komórką. Białka sekrecyjne, to takie białka, które zostają wydzielone poza komórkę, np.: przeciwciała. Białka membranowe zostają zakotwiczone w błonach komórki, np.: receptory sygnałowe. Za sortowanie białek odpowiedzialny jest jeden szczególny kompleks molekularny. W jego skład wchodzi czynnik SRP (Signal Recognition Particle), aktywny rybosom, który jest odpowiedzialny za syntezę białka oraz odpowiedni receptor.

Kluczowym elementem tej maszynerii jest sekwencja sygnałowa zlokalizowana na N-terminalnym końcu białka, które podlega sortowaniu. Sekwencja ta odgrywa w komórce podobną rolę jak kod pocztowy. Czynnik SRP odczytuje sekwencję sygnalną gdy tylko przyłączy się do łańcucha polipeptydowego białka syntetyzowanego w rybosomie. SRP jest zbudowany z białka oraz drobnocząsteczkowego kwasu rybonukleinowego, 7SL RNA. Czynnik ten przyłącza się też pośrednio do rybosomu. Kompleks kieruję się w stronę ER, gdzie SRP rozpoznaje odpowiedni receptor zakotwiczony w błonie. SRP i receptor kierują kompleks do tak zwanego translokonu, kompleksu w błonie retikulum endoplazmatycznego. Receptor SRP jest integralnym białkiem błonowym zbudowanym z 2 podjednostek, z których jedna ma zdolności GTP-azy (uwalnia energię z GTP). Energia ta pozwala na dysocjację SRP, a jednocześnie umożliwia związanie się peptydu sygnałowego z kanałem translokacyjnym w błonie (translokon). Translokon jest zbudowany z kilku białek przezbłonowych tworzących kanał, przez który zostaje przepchnięty łańcuch białkowy na drugą stronę błony siateczki endoplazmatycznej. Po odłączeniu SRP od kompleksu, włącza się synteza białka (zablokowana po przyłączeniu SRP), a powstające biało przechodzi na drugą stronę membrany.

Ważnym zjawiskiem jest fakt, że rybosom nie może związać się z translokonem w chwili gdy przyłączony jest do niego czynnik SRP. Rybosom wymaga dodatkowego wsparcia ze strony receptora SRP aby mógł się przyłączyć do kanału translokacyjnego w chwili oddysocjowania SRP. Teraz, gdy znana jest struktura kompleksu, możliwe jest zbadanie interakcji pomiędzy receptorem a rybosomem i czynnikiem SRP. Będzie również możliwe zbadanie procesu odłączania czynnika SRP od rybosomu i uwalniania miejsc wiązania translokonu. Pełne zrozumienie procesu sortowania białek pozwoli na dokładniejszą analizę ekspresji białek membranowych i sekrecyjnych.

Źródło:
Max Planck Society for the Advancement of Science
Medycyna Praktyczna 1999/12, Medycyna Praktyczna Chirurgia 1999/08