Protein import into Peroxisome
Peroxisome의 단백질들은 두 가지 경로로 전달된다.
Fig 12-46. Peroxisome 증식 및 신규 생성 모델. 일부 막 단백질(Pex3, Pex15)은 ER에서 유래한 precursor vesicle을 통해 전달되고, 대부분의 peroxisomal 단백질은 cytosol에서 직접 수입된다.
경로 1: ER 경유 경로 (일부 막 단백질)
일부 peroxisomal 막 단백질은 먼저 ER의 Sec61 translocator를 통해 ER 막에 삽입된 후, 특화된 peroxisomal precursor vesicle로 포장되어 기존 peroxisome과 융합하거나 새로운 peroxisome을 형성한다. 이 budding 반응에는 Pex19 및 아직 밝혀지지 않은 cytosolic 단백질들이 관여한다.
경로 2: Cytosol에서 직접 수입 (대부분의 단백질)
대부분의 peroxisomal 단백질은 cytosolic ribosome에서 합성된 후 peroxisome 막의 import receptor와 translocator를 통해 직접 수입된다. 이 과정은 ATP 가수분해에 의해 구동된다.
Peroxisomal Sorting Signals
두 종류의 신호 서열이 있다 (→ Sorting Signal 참조):
- PTS1 (Peroxisome Targeting Signal 1): 대부분의 peroxisomal 단백질의 C-terminus에 있는 3개 아미노산 서열 (Ser-Lys-Leu)
- PTS2: 일부 단백질의 N-terminus 근처에 있는 부분적으로 소수성인 더 긴 서열
Peroxin(Pex) 단백질들의 역할 — 수입 사이클 순서
1단계: Cargo 인식 (cytosol)
- Pex5: PTS1을 인식하는 cytosolic import receptor. PTS1을 가진 cargo 단백질과 결합한다.
- Pex7: PTS2를 인식하는 cytosolic import receptor. 추가적인 accessory peroxin들과 함께 작동한다.
2단계: Peroxisomal 막으로 이동 및 Translocation
- Pex5–cargo 복합체(또는 Pex7 복합체)가 peroxisomal 막의 protein translocator에 결합한다.
- Translocator는 최소 6개의 peroxin으로 구성되어 있으며, 완전히 접힌(folded) 단백질도 막을 통과시킬 수 있다. ER translocator와 달리 가변적인 크기의 cargo를 수용하기 위해 동적으로 크기가 변한다.
- Cargo가 peroxisome 내부로 방출된다.
3단계: Pex5 재순환 (recycling)
Cargo를 방출한 후, Pex5는 cytosol로 되돌아가야 한다. 이 recycling 과정은 여러 단계를 거친다:
- Pex5의 ubiquitin 수식: Pex5가 peroxisomal 막에서 재순환되기 위해 ubiquitin이 부착된다. Ubiquitin이 Pex5를 cytosol로 끌어내는 데 필요한 손잡이 역할을 한다.
- Pex1–Pex6 AAA-ATPase1 복합체: ATP 가수분해 에너지를 이용해 ubiquitin이 부착된 Pex5를 peroxisome에서 cytosol로 꺼낸다. 이것이 import 사이클의 에너지 구동 단계이다.
- 재순환된 Pex5는 다음 cargo 분자를 위해 재사용된다.
Zellweger Syndrome
Zellweger syndrome은 peroxin 유전자, 가장 흔하게는 Pex1 돌연변이로 인해 발생하는 유전 질환이다. 세포는 “빈” peroxisome(막은 있으나 효소가 없는)을 포함하며, 다음과 같은 대사 이상이 나타난다:
- 매우 긴 사슬(very-long-chain) 및 분지형 지방산 축적 (peroxisome의 β-oxidation 불가)
- Plasmalogen 결핍
이로 인해 뇌, 간, 신장에 심각한 이상이 발생하며 출생 직후 사망한다.
Footnotes
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AAA-ATPase는 ERAD에서 exported protein을 잡아당기는 역할을 했었음 ↩