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細胞中膜蛋白/分泌蛋白轉運的關鍵:從信號識別粒子中識別加速底物釋放的因子

2024-12-02 16:53

真核細胞中,分泌蛋白和膜蛋白的生物發生有兩個重要階段:靶向和易位。幾乎所有這些蛋白質都需要被信號識別粒子(SRP)識別、靶向送到內質網(ER)、從內質網SRP中釋放出來、才能移交給易位因子進行轉運。未從SRP中釋放的新生蛋白不能參與成熟所需的轉運機制。


當一個跨膜結構域(TMD)或可切割信號肽(SP)從核糖體中出現并被信號識別粒子(SRP)識別時,靶向就開始了。成功識別的結果是疏水的跨膜結構域(膜蛋白)或可切割信號肽(分泌蛋白)進入SRP的一個亞基SRP54的M結構域中一個深的、蓋著的疏水溝槽中。然后,通過SRP54的GTPase結構域和信號肽的α亞基之間的相互作用,SRP-核糖體復合體被遞送到ER膜上的SRP受體(SR)。SRP-SR GTPase復合體從其靠近核糖體出口通道的初始位置重新定位,釋放出大部分區域,以便最終移交給易位因子。

這種“交接前”狀態的下游步驟尚不清楚,但對于新生蛋白進入脂質雙分子層或者啟動跨膜的易位很重要。為了**限度地減少無用的靶向循環,底物必須從SRP中釋放出來,并在SRP-SR復合物水解GTP觸發其分解之前參與易位因子。此外,迅速的交接對易位至關重要——因為隨著從核糖體中產生的下游氨基酸序列增加,許多蛋白質會逐漸失去易位能力。然而,結構分析表明,此時底物穩定地埋在一個有蓋的疏水溝槽中——這種結合模式有助于減少膜靶向過程中的過早解離,但它對移交釋放步驟提出了挑戰。新生蛋白鏈是如何在內質網膜上特異性和快速地從SRP54的M結構域卸載的尚有待研究。

長期以來,人們一直認為“卸貨”是由內質網膜因子刺激的,因為單獨的SRP受體不能觸發SRP有效的底物釋放。雖然有報告提出了Sec61易位通道,但Sec61缺失的ER膜不影響SRP底物卸載和蛋白插入,只有SR和Sec61時大多數底物的易位是低效的。因此,ER似乎包含一些未知因素涉及貨物從SRP卸載。

研究要點

通過研究膜蛋白的生物發生,作者發現TMEM208是SRP途徑中一個以前未知的因子,它加速了底物在內質網與SRP的分離。他們發現TMEM208可以參與SRP的底物結合域以加速其結合的貨物的釋放。沒有TMEM208時,緩慢的貨物釋放導致下游多肽在參與易位因子之前過度合成。延遲進入易位機制導致插入能力的逐漸喪失,特別是對于多通道膜蛋白,導致其生物發生受損。因此,TMEM208促進了從靶向到轉運機制的快速轉運,從而**限度地減少生物發生錯誤并維持蛋白質穩態。


TMEM208促進多通道膜蛋白的生物發生

作者利用最近發現的幾種參與多通道膜蛋白生物發生的蛋白質復合物,搜索癌癥依賴圖譜以尋找可能參與這一過程的未知分子功能的共聚類基因。TMEM208是一種四TMD內質網膜蛋白,與內質網膜蛋白復合物(EMC)的多個亞基和多通轉位子(MPT)緊密聚集在一起。TMEM208的內質網定位,廣泛的保守性,在TRPC6通道生物發生中的作用,以及與酵母(通過其同源SND2)和哺乳動物細胞中的蛋白靶向的聯系使作者著重研究了它的分子功能。

TMEM208影響共譯易位的早期階段:TMEM208是靶向序列子集啟動共翻譯易位的早期步驟所必需的。

TMEM208加速SRP54的底物釋放:SRP釋放是底物進入易位因子的先決條件。SRP54 M結構域直接與TMEM208接合,TMEM208-SRP54相互作用在功能上很重要:

TMEM208與SRP54 M結構域底物結合表面的相互作用對于其加速內質網膜上的貨物卸載、促進體外下游易位和促進細胞內膜蛋白的生物發生的能力非常重要。

結論

長期以來,人們一直認為SRP必須在細胞質中緊密結合并保護其疏水貨物,然后在運送到內質網時迅速釋放,以便開始易位。但底物在內質網選擇性釋放的機制一直不清楚。對TMEM208的意外發現表明,它是預交接復合體的一個關鍵缺失成分,直接和短暫地參與SRP54的M結構域以加速貨物卸載。據推測,它之所以沒有被檢測到,是因為它的需求與環境有關,而且它與SRP54的相互作用是短暫的,對洗滌劑很敏感。

TMEM208是真核SRP途徑的一個新組成部分,它確保了從新生鏈靶向到易位的有序和有效的過渡,這一反應對許多多通道膜蛋白至關重要。

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