Белки-предшественники, пресиквенсы митохондриальных белков

Большинство митохондриальных белков-предшественников, кодируемых ядерным геномом, имеют на N-конце добавочную последовательность (сигнальный, лидерный, целевой, адресующий пептид или пресиквенс (presequence)), которая в митохондрии удаляется специфическими пептидазами процессинга ( рис. 1 ). Протяженность пресиквенса варьирует в основном от 15 до 60 а.о. [ Hartl F.-U. et al., 1989 ]. Пресиквенсы богаты остатками Ala (приблизительно 14%), Arg (приблизительно 14%), Ser (приблизительно 11%) и Thr (у низших эукариот); мало представлены Asp, Glu, Ile, Lys и Pro [ von Heijne G. et al., 1989 , Lemire B.D. et al., 1989 , Emmermann M. et al., 1991 ]. Было показано, что изменения первичной структуры пресиквенса не играют критической роли до тех пор, пока сохраняется положительный заряд пептида и его способность формировать амфифильную структуру [ Lemire B.D. et al., 1989 , Raise D., 1997 et al., 1997 ].

Как правило, пресиквенсы состоят из двух доменов с разными амфифильными свойствами [ von Heijne G. et al., 1989 , Endo Т. et al., 1989 ]. N-концевой домен способен образовывать амфифильную альфа-спираль в подходящем окружении ( кислые фосфолипиды и кардиолипин ) [ von Heijne G. et al., 1989 , Lemire B.D. et al., 1989 , Endo Т. et al., 1989 , Epand R.M. et al., 1986 , Raise D. et al., 1986 , von Heijne G., 1986 ]. Предполагается, что такая вторичная структура пресиквенса важна для специфического узнавания белками "импортной машины" митохондрий. Интересно отметить, что D-энантиомеры пресиквенса бета-субъединицы F1ATP-азы митохондрий шпината импортируются также хорошо, как и L-энантиомеры (проф. Глазер Е., департамент биохимии Стокгольмского университета, персональное сообщение). В случае ряда пресиквенсов было показано, что для импорта соответствующего белка-предшественника существенны только амфифильные свойства лидерного пептида, а не его способность свертывания в альфа-спиральную структуру [ Roise D. et al., 1988 ], хотя следует отметить, что пресиквенсы ADP/ATP-транслокатора картофеля [ Emmermann M. et al., 1991 , Mozo T. et al., 1995 ] и белка табака , кодируемого геном risp4 [ Huang J.T., Leving C.S., 1995 ], не обладают амфифильной структурой, но вполне функциональны. Похоже, что значимость амфифильной альфа-спирали для импорта различна для разных видов организмов.

Так, было показано, что наличие только альфа-спирального амфифильного элемента в пресиквенсе альтернативной оксидазы бобов сои не обеспечивает эффективный импорт белка-предшественника в митохондрии бобов сои, но вполне достаточно для импорта в митохондрии крысы [ Tanudji M. et al., 1999 ].

C-концевой домен пресиквенса узнается пептидазами матрикса митохондрий и содержит специфические сайты расщепления. Фон Хейне с соавт., проанализировав первичную структуру большого числа пресиквенсов митохондриальных белков-предшественников, выделили несколько консервативных последовательностей, которые находятся в непосредственной близости от места расщепления пептидазами процессинга ( табл. 1 ) [ von Heijne G. et al., 1989 , von Heijne G., 1986 ]. Наиболее консервативен мотив Arg -3. Последовательность Arg -2 узнается матриксной пептидазой процессинга (МРР , mitochondrial matrix processing peptidase) и митохондриальной промежуточной пептидазой (MIP , mitochondrial intermediate peptidase). Пресиквенс с последовательностью Arg -10 отщепляется, как правило, в два шага; в положении -8 обязательно находится гидрофобный остаток и отсутствует Arg -2 (или Arg -3) [ Gavel Y., von Heijne G., 1990 ]. Альфа-спиральные элементы С-концевого домена пресиквенса также необходимы для узнавания МРР [ Sjoling S. et al., 1994 ].

Многие предшественники мембранных белков митохондрий имеют сигнальные сайты и в зрелой части (обычно такими сайтами являются положительно заряженные сегменты), которые играют роль пресиквенса или дополняют его функцию [ Neupert W., 1997 , Whelan J., Glazer E., 1997 ].

Есть данные, что сигнальный пептид, необходимый для осуществления импорта в митохондрии, может располагаться и на С-конце белка- предшественника, как, например, у ДНК-хеликазы S. cerevisiae [ Lee C.M. et al., 1999 ]. Этот сигнальный пептид подобно классическому N-концевому пресиквенсу содержит ряд положительно заряженных аминокислотных остатков и потенциально может образовывать амфифильную альфа-спираль. Импорт предшественника ДНК-хеликазы в митохондрии происходит по направлению от С- к N-концу.

Ссылки:

Все ссылки