Sorting Signal
Sorting Signals and Sorting Receptors Direct Proteins to the Correct Cell Address
Sorting signals은 단백질이 세포 내 올바른 위치로 이동하도록 지시하는 아미노산 서열이다. 이러한 signal은 두 가지 형태로 존재한다:
- Signal sequence: 선형적인 아미노산 서열
- Signal patch: 3차원적으로 배열된 아미노산들
Signal Sequences
Signal sequences는 단백질 translocation을 위한 선형 신호이며, 다음과 같은 특징을 갖는다:
- 주로 N-terminus에 위치
- Translocation 완료 후 signal peptidases에 의해 제거됨
- 일부는 제거되지 않고 성숙 단백질의 일부로 남음 각 signal sequence는 세포 내 특정 목적지를 지정한다:
- ER signal sequence: 약 5-10개의 소수성 아미노산으로 구성
- Mitochondrial signal sequence: 양전하를 띤 아미노산과 소수성 아미노산이 교대로 배열
- Nuclear localization signal: 주로 양전하를 띤 아미노산(lysine, arginine)으로 구성
- Peroxisomal signal sequence: C-terminus 근처의 특징적인 3개 아미노산 서열
Signal Sequence의 기능적 특성
Signal sequences가 단백질 targeting에 중요하다는 것은 genetic engineering 실험을 통해 입증되었다:
- ER signal sequence를 cytosolic protein에 연결하면 → 단백질이 ER로 이동
- ER protein에서 signal sequence를 제거하거나 돌연변이시키면 → 단백질이 cytosol에 머묾 따라서 signal sequences는 protein targeting에 necessary and sufficient하다. 동일한 목적지를 가진 단백질들의 signal sequences는:
- 아미노산 서열이 다를 수 있음
- 기능적으로 서로 교환 가능(물리화학적 특성 같은 아미노산 끼리)
- 정확한 아미노산 서열보다 물리화학적 특성(예: 소수성)이 더 중요
Sorting Receptors
Sorting signals는 상보적인 sorting receptors에 의해 인식된다:
- Receptors는 단백질을 적절한 목적지로 안내하고 cargo를 하역함
- 촉매적으로 기능: targeting 완료 후 출발점으로 돌아가 재사용됨
- 개별 단백질보다는 단백질 class를 인식
- 공공 교통 시스템처럼 여러 다른 component들을 올바른 위치로 운반
Signal Sequences의 예시
| Signal Type | Sequence Example | Destination |
|---|---|---|
| Nuclear import | …Pro–Pro–Lys–Lys–Lys–Arg–Lys–Val… | Nucleus |
| Nuclear export | Met–Glu–Glu–Leu–Ser–Gln–Ala–Leu–Ala–Ser–Ser–Phe– | Nucleus → Cytosol |
| Mitochondria import | N–Met–Leu–Ser–Leu–Arg–Gln–Ser–Ile–Arg–Phe–Phe–Lys–Pro–Ala–Thr–Arg–Thr–Leu–Cys–Ser–Ser–Arg–Tyr–Leu–Leu– | Mitochondria |
| Plastid import | N–Met–Val–Ala–Met–Ala–Met–Ala–Ser–Leu–Gln–Ser–Ser–Met–Ser–Ser–Leu–Ser–Leu–Ser–Ser–Asn–Ser–Phe–Leu–Gly–Gln–Pro–Leu–Ser–Pro–Ile–Thr–Leu–Ser–Pro–Phe–Leu–Gln–Gly– | Plastids |
| Peroxisome import | …Ser–Lys–Leu–C | Peroxisomes |
| ER import | N–Met–Met–Ser–Phe–Val–Ser–Leu–Leu–Leu–Val–Gly–Ile–Leu–Phe–Trp–Ala–Thr–Glu–Ala–Glu–Gln–Leu–Thr–Lys–Cys–Glu–Val–Phe–Gln– | ER |
| ER retention | …Lys–Asp–Glu–Leu–C | ER (retention) |
범례:
- Negatively charged amino acids1
- Positively charged amino acids2
- Important hydrophobic amino acids3
- Important uncharged polar amino acids4
중요 개념
Sorting signals와 sorting receptors의 시스템은:
- 세포 내 단백질의 구획화를 가능하게 함
- 각 organelle이 고유한 단백질 조성을 유지하도록 함
- Signal hypothesis의 핵심 원리를 구현함 Sorting signal이 없는 단백질들은 cytosol에 남아 있게 된다.