Tailed-Anchored proteins insertion

The Insertion of Tailed-Anchored Proteins : Guided Entry of Tail-anchored proteins pathway(GET pathway)

개요

Tail-anchored proteins는 C-말단 근처에 단일 transmembrane α-helix를 통해 막에 고정된 중요한 cytosolic face membrane protein군이다. 이들은 SRP-의존적 경로를 사용할 수 없어, 특수화된 post-translational membrane insertion mechanism을 사용한다.

Tail-Anchored Proteins의 특징

구조적 특성

• C-말단 매우 가까이에 단일 transmembrane α-helix 보유
• 대부분의 단백질이 cytosolic face에 위치
• Transmembrane segment는 hydrophobic α-helix 구조

기능적 중요성

많은 중요한 단백질들이 이 범주에 속함:

• 다수의 SNARE Proteins protein subunit (vesicular transport 조절)
• 기타 cytosolic face membrane protein들

SRP-의존적 경로를 사용할 수 없는 이유

근본적인 문제

1. Tail-anchored protein이 번역될 때
2. Ribosome이 termination codon에 도달하는 시점에
3. Transmembrane α-helix가 되어야 할 polypeptide sequence가 여전히 ribosome exit tunnel 내부에 존재
4. SRP가 이를 인식할 수 없음

결과

• 단백질이 ribosome에서 cytosol로 방출됨
• 대체 경로가 필요

Tail-Anchored Proteins의 막 삽입 메커니즘

0단계: 번역 완료 & C-말단 노출

1단계: Cytosol에서의 Chaperone 인식

Specialized chaperone complex=pre-targeting complex

• Hydrophobic segment가 ribosome에서 나온 후 즉시 인식
• 단백질이 aggregation되거나 misfolding되는 것을 방지
• Get3 targeting factor로 전달

2단계: Get3에 의한 인식 및 결합

Get3의 구조와 기능:

• Get3는 SRP와 structurally unrelated
• Hydrophobic pocket을 포함:
  • 많은 methionine side chain으로 구성
  • 유연한 unbranched side chain을 가진 methionine의 특성 활용
• 다양한 크기와 형태의 hydrophobic segment를 인식할 수 있음

Methionine 기반 인식의 장점:

• Methionine의 unbranched side chain이 plasticity 제공
• 정확한 sequence에 무관하게 다양한 hydrophobic segment 수용
• SRP의 methionine 기반 signal sequence 인식과 유사한 원리

3단계: ER 막으로의 Targeting

Get1-Get2 receptor complex:

• ER 막에 위치한 2개 단백질 (Get1과 Get2)로 구성
• 두 가지 기능 수행:
  1. Receptor 역할: Get3의 receptor로 작용
  2. Translocator 역할: Tail-anchored protein의 hydrophobic segment를 lipid bilayer에 insertion

4단계: 막 삽입 및 재활용

Insertion 과정:

1. Get3-cargo complex가 Get1-Get2와 결합, 이 때 ATP hydrolysis energy로 Get3가 TA protein을 넘겨줌.
2. Get1-Get2가 hydrophobic segment를 막에 삽입
3. Tail-anchored protein이 ER 막에 고정
4. Get3가 방출되어 cytosol로 재활용. ADP 해리되고 ATP가 다시 결합함.

결과

TMS는 ER 막 이중층에 삽입되고, 단백질의 N-말단은 세포질 쪽에 위치.

SRP-의존적 경로와의 비교

유사점

• 개념적 유사성:
  • Cytosol에서 cargo 인식
  • Targeting factor (SRP 또는 Get3)가 cargo와 결합
  • Membrane receptor와의 상호작용
  • Membrane translocator를 통한 insertion
  • Targeting factor의 재활용

차이점

특성	SRP 경로	Get3 경로
Timing	Co-translational	Post-translational
인식 시점	Ribosome에서 signal 나타날 때	Translation 완료 후 cytosol에서
Cargo 상태	번역 중인 polypeptide	완성된 polypeptide
Receptor/Translocator	SRP receptor + Sec61	Get1-Get2 (통합 기능)
에너지	GTP hydrolysis	ATP hydrolysis

에너지 사용

Get3의 ATP Cycle

• Get3와 SRP 모두 nucleoside triphosphate를 결합하고 가수분해
• Get3: ATP 사용
• SRP: GTP 사용
• Hydrolysis가 targeting cycle에 directionality 부여

다른 Organelle로의 Targeting

Tail-Anchored Proteins의 분포

일부 tail-anchored protein은 ER 대신 다른 위치로 targeting됨:

• Mitochondria
• Peroxisomes

Targeting 메커니즘

• 이들 organelle로의 targeting mechanism은 아직 알려지지 않음
• 다른 targeting factor와 receptor가 관여할 것으로 추정

기타 응용

• 다양한 cytosolic face membrane protein에 사용
• 단백질의 대부분이 cytosol에서 기능하지만 membrane anchorage 필요

관련 개념

• Transmembrane Protein Insertion
• Post-translational Translocation
• SNARE Proteins
• 003_Vesicular Transport
• Protein Targeting
• Sec61 complex (비교 대상)

요약

Tail-anchored protein은 C-말단 근처의 transmembrane segment 때문에 SRP-의존적 경로를 사용할 수 없다. 대신, cytosolic chaperone complex가 hydrophobic segment를 인식하고 Get3 targeting factor로 전달한다. Get3는 methionine이 풍부한 hydrophobic pocket을 사용하여 다양한 hydrophobic segment를 인식하며, ER 막의 Get1-Get2 complex가 receptor이자 translocator로 작용한다. 이 post-translational mechanism은 SRP-의존적 경로와 개념적으로 유사하지만, SNARE protein을 포함한 중요한 tail-anchored protein들의 적절한 membrane insertion을 가능하게 한다.