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Cotranslationaler Proteintransport Als cotranslationaler Proteintransport oder cotranslationale Translokation wird in de

Cotranslationaler Proteintransport

Als cotranslationaler Proteintransport oder cotranslationale Translokation wird in der Zellbiologie ein Vorgang bezeichnet, bei dem schon während der Translation die sich bildende Polypeptidkette eines Proteins in bzw. durch eine Biomembran transportiert wird. Davon unterschieden wird ein posttranslationaler Proteintransport genannter Vorgang, mit dem erst nach der Translation das somit vollständig gebildete Protein transportiert wird.

Vorkommen Bearbeiten

Bei Eukaryoten kommt cotranslationaler Proteintransport vor allem bei Transport durch oder in die Membran des endoplasmatischen Retikulums (ER) vor. Durch Vesikeltransport können sich die membrangebundenen Proteine in die Membranen anderer Organellen oder in die Cytoplasmamembran über den sekretorischen Weg verteilen. Die aus diesem Grund an der ER-Membran sitzenden Ribosomen geben dem rauen ER seinen Namen.

Bei Prokaryoten kommt cotranslationaler Proteintransport an der Cytoplasmamembran vor.

Mechanismus Bearbeiten

Modell des cotranslationalen Proteintransportes durch die ER-Membran in Säugerzellen

Der Transportprozess beginnt mit der spezifischen Erkennung der N-terminalen Signalsequenz. Sobald diese an der Oberfläche des Ribosoms erscheint, wird sie vom Signalerkennungspartikel (signal recognition particle, SRP) gebunden, das im Säuger aus sechs Proteinen und einer 7SL-RNA besteht. Das gebundene SRP interagiert dabei nicht nur mit der Signalsequenz, sondern auch mit dem Ribosom, wodurch die Synthesegeschwindigkeit der naszierenden Polypeptidkette herabgesetzt wird. SRP ist somit in der Lage, das Ribosom zur ER-Membran zielzuleiten, ohne dass vorher das zu transportierende Protein fertiggestellt wird. An der ER-Membran angelangt, interagiert der Komplex aus Ribosom, naszierender Peptidkette und SRP auf zweifache Weise mit der Membran. Zum einen wird das SRP von seinem membranständigen Rezeptor (SRP-Rezeptor) gebunden, zum anderen interagiert das Ribosom direkt mit dem tunnelbildenden Sec61-Komplex (bei Säugern bestehend aus Sec61A1, Sec61B und Sec61G). Nachdem SRP und SRP-Rezeptor aneinander gebunden haben, löst sich das SRP unter GTP-Hydrolyse vom Ribosom und übergibt die naszierende Polypeptidkette an den eigentlichen Translokationsapparat. Die genauen Prozesse sind noch Gegenstand der Forschung.

Im Säugersystem konnte in Rekonstitutionsexperimenten gezeigt werden, dass neben dem SRP-Rezeptor nur noch zwei weitere Komponenten in der Membran benötigt werden, um Proteine in vitro cotranslational zu transportieren. Es handelt sich dabei um das TRAM-Protein (translocating chain-associated membrane protein) und um den heterotrimeren Sec61-Komplex. Quervernetzungsexperimente sowie elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass der Sec61-Komplex den Kanal bildet, durch den die Proteine hindurchtransportiert werden. Der Kanal wird dabei von drei bis vier heterotrimeren Sec61-Komplexen gebildet, die im elektronenmikroskopischen Bild als ringförmige Struktur erscheinen.

Die Insertion der naszierenden Kette in den Translokationskanal erfolgt in zwei Schritten. Zu Beginn des Translokationsprozesses ist die Bindung zwischen Sec61-Komplex und Ribosom relativ schwach. Die Ribosomen können durch eine Hochsalzbehandlung von der Membran abgewaschen werden. Erst wenn die naszierende Kette eine Länge von ca. 70 Aminosäuren erreicht hat und eine funktionelle Signalsequenz vorhanden ist, erhöht sich die Bindung zwischen Ribosom und Sec61-Komplex – selbst unter Hochsalzbedingungen lösen sich nicht Ribosomen von der Membran ab. Gleichzeitig öffnet sich der Translokationskanal zur luminalen Seite des ER. Durch elektronenmikroskopische Aufnahmen konnte gezeigt werden, dass das Ribosom so auf der Membranpore sitzt, dass der Sec61-Kanal eine Verlängerung des Ribosomenkanals darstellt. Die GTP-abhängige Synthese der naszierenden Kette am Ribosom reicht als alleinige Kraft aus, um die naszierende Polypeptidkette ins Lumen des ER zu transportieren.

  1. Die Signalsequenz der wachsenden Polypeptidkette wird vom SRP erkannt und gebunden. Gleichzeitig interagiert das SRP auch mit dem Ribosom, wodurch es zu einem Elongationsarrest kommt.
  2. Der Komplex aus Ribosom, naszierender Polypeptidkette und SRP bindet an die ER-Membran an den Sec61-Komplex, diese Bindung wird durch einen membranständigen SRP-Rezeptor vermittelt.
  3. Nach GTP-Hydrolyse löst sich SRP vom Ribosom, dieses wird auf den Sec61-Komplex übertragen. Es erfolgt ein zweiter Signalsequenzerkennungsschritt durch den Sec61-Komplex.
  4. Der Translokationskanal öffnet sich zum ER-Lumen. Der N-Terminus der naszierenden Kette liegt in einer Haarnadelkonformation vor, wobei der eine Teil der Schleife von der Signalsequenz und der andere Teil von den C-terminal nachfolgenden Abschnitten der Polypeptidkette gebildet wird. Die Signalsequenz interagiert dabei mit Sec61a, TRAM und Membranlipiden. Durch die weitere Elongation der Polypeptidkette wird der C-terminale Bereich der Schleife durch die Membran geschoben. Die Signalsequenz wird dabei vom restlichen Protein durch den Signalpeptidasekomplex (SP-Komplex) abgespalten.
  5. Anschließend wird die restliche naszierende Polypeptidkette direkt durch den von Ribosom und Sec61-Komplex gebildeten Kanal ins Lumen des ER transportiert.

Literatur Bearbeiten

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Als cotranslationaler Proteintransport oder cotranslationale Translokation wird in der Zellbiologie ein Vorgang bezeichnet bei dem schon wahrend der Translation die sich bildende Polypeptidkette eines Proteins in bzw durch eine Biomembran transportiert wird Davon unterschieden wird ein posttranslationaler Proteintransport genannter Vorgang mit dem erst nach der Translation das somit vollstandig gebildete Protein transportiert wird Vorkommen BearbeitenBei Eukaryoten kommt cotranslationaler Proteintransport vor allem bei Transport durch oder in die Membran des endoplasmatischen Retikulums ER vor Durch Vesikeltransport konnen sich die membrangebundenen Proteine in die Membranen anderer Organellen oder in die Cytoplasmamembran uber den sekretorischen Weg verteilen Die aus diesem Grund an der ER Membran sitzenden Ribosomen geben dem rauen ER seinen Namen Bei Prokaryoten kommt cotranslationaler Proteintransport an der Cytoplasmamembran vor Mechanismus Bearbeiten nbsp Modell des cotranslationalen Proteintransportes durch die ER Membran in SaugerzellenDer Transportprozess beginnt mit der spezifischen Erkennung der N terminalen Signalsequenz Sobald diese an der Oberflache des Ribosoms erscheint wird sie vom Signalerkennungspartikel signal recognition particle SRP gebunden das im Sauger aus sechs Proteinen und einer 7SL RNA besteht Das gebundene SRP interagiert dabei nicht nur mit der Signalsequenz sondern auch mit dem Ribosom wodurch die Synthesegeschwindigkeit der naszierenden Polypeptidkette herabgesetzt wird SRP ist somit in der Lage das Ribosom zur ER Membran zielzuleiten ohne dass vorher das zu transportierende Protein fertiggestellt wird An der ER Membran angelangt interagiert der Komplex aus Ribosom naszierender Peptidkette und SRP auf zweifache Weise mit der Membran Zum einen wird das SRP von seinem membranstandigen Rezeptor SRP Rezeptor gebunden zum anderen interagiert das Ribosom direkt mit dem tunnelbildenden Sec61 Komplex bei Saugern bestehend aus Sec61A1 Sec61B und Sec61G Nachdem SRP und SRP Rezeptor aneinander gebunden haben lost sich das SRP unter GTP Hydrolyse vom Ribosom und ubergibt die naszierende Polypeptidkette an den eigentlichen Translokationsapparat Die genauen Prozesse sind noch Gegenstand der Forschung Im Saugersystem konnte in Rekonstitutionsexperimenten gezeigt werden dass neben dem SRP Rezeptor nur noch zwei weitere Komponenten in der Membran benotigt werden um Proteine in vitro cotranslational zu transportieren Es handelt sich dabei um das TRAM Protein translocating chain associated membrane protein und um den heterotrimeren Sec61 Komplex Quervernetzungsexperimente sowie elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten dass der Sec61 Komplex den Kanal bildet durch den die Proteine hindurchtransportiert werden Der Kanal wird dabei von drei bis vier heterotrimeren Sec61 Komplexen gebildet die im elektronenmikroskopischen Bild als ringformige Struktur erscheinen Die Insertion der naszierenden Kette in den Translokationskanal erfolgt in zwei Schritten Zu Beginn des Translokationsprozesses ist die Bindung zwischen Sec61 Komplex und Ribosom relativ schwach Die Ribosomen konnen durch eine Hochsalzbehandlung von der Membran abgewaschen werden Erst wenn die naszierende Kette eine Lange von ca 70 Aminosauren erreicht hat und eine funktionelle Signalsequenz vorhanden ist erhoht sich die Bindung zwischen Ribosom und Sec61 Komplex selbst unter Hochsalzbedingungen losen sich nicht Ribosomen von der Membran ab Gleichzeitig offnet sich der Translokationskanal zur luminalen Seite des ER Durch elektronenmikroskopische Aufnahmen konnte gezeigt werden dass das Ribosom so auf der Membranpore sitzt dass der Sec61 Kanal eine Verlangerung des Ribosomenkanals darstellt Die GTP abhangige Synthese der naszierenden Kette am Ribosom reicht als alleinige Kraft aus um die naszierende Polypeptidkette ins Lumen des ER zu transportieren Die Signalsequenz der wachsenden Polypeptidkette wird vom SRP erkannt und gebunden Gleichzeitig interagiert das SRP auch mit dem Ribosom wodurch es zu einem Elongationsarrest kommt Der Komplex aus Ribosom naszierender Polypeptidkette und SRP bindet an die ER Membran an den Sec61 Komplex diese Bindung wird durch einen membranstandigen SRP Rezeptor vermittelt Nach GTP Hydrolyse lost sich SRP vom Ribosom dieses wird auf den Sec61 Komplex ubertragen Es erfolgt ein zweiter Signalsequenzerkennungsschritt durch den Sec61 Komplex Der Translokationskanal offnet sich zum ER Lumen Der N Terminus der naszierenden Kette liegt in einer Haarnadelkonformation vor wobei der eine Teil der Schleife von der Signalsequenz und der andere Teil von den C terminal nachfolgenden Abschnitten der Polypeptidkette gebildet wird Die Signalsequenz interagiert dabei mit Sec61a TRAM und Membranlipiden Durch die weitere Elongation der Polypeptidkette wird der C terminale Bereich der Schleife durch die Membran geschoben Die Signalsequenz wird dabei vom restlichen Protein durch den Signalpeptidasekomplex SP Komplex abgespalten Anschliessend wird die restliche naszierende Polypeptidkette direkt durch den von Ribosom und Sec61 Komplex gebildeten Kanal ins Lumen des ER transportiert Literatur BearbeitenT U Schwartz Origins and evolution of cotranslational transport to the ER In Adv Exp Med Biol Band 607 2007 S 52 60 PMID 17977458 doi 10 1007 978 0 387 74021 8 4 C Rabu V Schmid B Schwappach S High Biogenesis of tail anchored proteins the beginning for the end In J Cell Sci Band 122 Pt 20 2009 S 3605 3612 PMID 19812306 PDF freier Volltextzugriff englisch R Zimmermann S Eyrisch M Ahmad V Helms Protein translocation across the ER membrane In Biochim Biophys Acta Band 1808 Nr 3 2011 S 912 924 PMID 20599535 doi 10 1016 j bbamem 2010 06 015 I Saraogi S O Shan Molecular mechanism of co translational protein targeting by the signal recognition particle In Traffic Band 12 Nr 5 2011 S 535 542 PMID 2129150 doi 10 1111 j 1600 0854 2011 01171 x S Shao R S Hegde Membrane protein insertion at the endoplasmic reticulum In Annu Rev Cell Dev Biol Band 27 2011 S 25 56 PMID 21801011 doi 10 1146 annurev cellbio 092910 154125 R S Hegde R J Keenan Tail anchored membrane protein insertion into the endoplasmic reticulum In Nat Rev Mol Cell Biol Band 12 Nr 12 2011 S 787 798 PMID 22086371 doi 10 1038 nrm3226 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Cotranslationaler Proteintransport amp oldid 198112187