imported>Invisigoth67: form

2024-10-03T13:54:55Z

form

Neue Seite

Die '''Signalsequenz''', auch '''Signalpeptid''' oder '''Transitpeptid''' ist eine Abfolge von [[Aminosäure]]n eines [[Protein]]s. Diese Aminosäuresequenz entscheidet über den Bestimmungsort, den Transportweg des Proteins innerhalb der [[Zelle (Biologie)|Zelle]] und die Sekretionseffizienz.<ref name="pmid23124363">{{Literatur |Autor=L. Kober, C. Zehe, J. Bode |Titel=Optimized signal peptides for the development of high expressing CHO cell lines |Sammelwerk=Biotechnol. Bioeng. |Band=110 |Nummer=4 |Datum=2013-04 |Seiten=1164–1173 |DOI=10.1002/bit.24776 |PMID=23124363}}</ref><ref name="pmid4032478">{{Literatur |Autor=G. von Heijne |Titel=Signal sequences: The limits of variation |Sammelwerk=J Mol Biol |Band=184 |Nummer=1 |Datum=1985-07 |Seiten=99–105 |DOI=10.1016/0022-2836(85)90046-4 |PMID=4032478}}</ref>

== Vorkommen und Bedeutung ==
Signalsequenzen finden sich typischerweise bei Proteinen, deren Bestimmungsort sich außerhalb der Zelle, in [[Zellmembran|Biomembranen]] oder in [[Zellkompartiment|Kompartimenten]] befindet. So ist für den Transport in das [[Endoplasmatisches Retikulum|Endoplasmatische Retikulum]], [[Chloroplast]]en, [[Mitochondrium|Mitochondrien]], die [[Peroxisomen]] oder den [[Zellkern]] und deren Membranen meist eine Signalsequenz erforderlich. Durch Kombination verschiedener Signalsequenzen ist es möglich, dass Proteine gleichzeitig in unterschiedliche Organellen importiert werden, wie etwa Mitochondrium ''und'' Chloroplast.<ref>Alexander Levitan u. a.: [http://www.pnas.org/content/102/17/6225.long ''Dual targeting of the protein disulfide isomerase RB60 to the chloroplast and the endoplasmic reticulum.''] In: ''[[Proc Natl Acad Sci U S A]].'' 102 (17), 2005, S. 6225–6230 [[doi:10.1073/pnas.0500676102]]</ref>

Obwohl [[Bakterien]]zellen nicht kompartimentiert sind, können bakterielle Proteine Signalsequenzen besitzen. Diese können die Proteine für den Transport in die Zellmembran oder den Extrazellularraum bestimmen.<ref>Susana Cristóbal u. a.: ''Competition between Sec-and TAT-dependent protein translocation in Escherichia coli.'' In: ''[[EMBO J]].'' 18 (11), 1999, S. 2982–2990. [[doi:10.1093/emboj/18.11.2982]]</ref>

== Zielkompartimente ==
=== Endoplasmatisches Retikulum ===
{{Hauptartikel|Endoplasmatisches Retikulum}}
[[Datei:Signal sequence.svg|mini|Schematische Darstellung der Signalsequenz]]
Ein Transport in das Lumen oder die Membran des Endoplasmatischen Retikulums (ER) kann während der [[Proteinbiosynthese]] erfolgen ([[cotranslationaler Proteintransport]]) oder erst als fertiges Protein, das vorher im [[Zytoplasma]] hergestellt worden ist ([[posttranslationaler Proteintransport]]). Proteine mit [[hydrophil]]eren Signalsequenzen werden bevorzugt posttranslational transportiert.

Proteine mit [[hydrophob]]eren Signalsequenzen werden dagegen cotranslational transportiert. Dies geschieht am „rauen ER“, das mit [[Ribosom]]en besetzt ist. Der Transportmechanismus ist komplex und umfasst neben dem Ribosom und der daran gebundenen [[mRNA]] auch interagierende Proteine wie der [[Signalerkennungspartikel]] (SRP) und ribosomen-assoziierte Proteine. Außerdem wird ein [[SRP-Rezeptor]] sowie der Tunnelproteinkomplex (SEC-Komplex, Translocon) in der Membran des ER benötigt.

Alle [[Golgi-Apparat|sekretorischen]] Proteine und die meisten in die Membran integrierten [[Membranprotein|Proteine]] haben eine Signalsequenz von einer Länge von 15 bis 50 Aminosäuren an ihrem [[N-Terminus]] mit bestimmten Eigenschaften.<ref>[[Günter Blobel|G. Blobel]], B. Dobberstein: ''Transfer of proteins across membranes. I. Presence of proteolytically processed and unprocessed nascent immunoglobulin light chains on membrane-bound ribosomes of murine myeloma.'' In: ''[[Journal of Cell Biology]].'' 67 (3), 1975, S. 835–851. [http://jcb.rupress.org/cgi/reprint/67/3/835.pdf PDF] (freier Volltextzugriff, engl.)</ref><ref>B. Martoglio, B. Dobberstein: ''Signal sequences: more than just greasy peptides.'' In: ''[[Trends Cell Biol]].'' 8 (10), 1998, S. 410–415. PMID 9789330; [[doi:10.1016/S0962-8924(98)01360-9]]</ref> Auch innerhalb eines Proteins oder am C-Terminus lassen sich Signalsequenzen finden.

Die genaue Abfolge der einzelnen Aminosäuren ist dabei weniger wichtig, als ihre physikalischen Eigenschaften: ein zentraler [[hydrophob]]er Kern (h) wird N-terminal (n) von positiv geladenen Aminosäuren und C-terminal (c) von polaren Aminosäuren flankiert. Der C-terminale Bereich enthält oft helixbrechende Aminosäuren wie [[Prolin]] oder [[Glycin]]. Der N-terminale Bereich ist am wenigsten konserviert. In den meisten Fällen wird die Signalsequenz nach dem Membrandurchtritt vom eigentlichen Protein durch die [[Signalpeptidase]] (SPase) abgespalten. Die Schnittstelle wird durch kleine, ungeladene Aminosäurereste in den Positionen −3 und −1 der C-terminalen polaren Region der Signalsequenz definiert.

Die Aminosäuresequenz KDEL sorgt für einen Transport des Proteins in das Endoplasmatische Retikulum und eine Retention darin, bei [[Sekretion|sekretorischen]] Proteinen mit KDEL-Sequenz wird im ER die Signalsequenz durch [[Proteolyse]] abgespalten, da sie sonst unter anderem durch die Proteine KDELR1, 2 und 3 zurückgehalten werden.

==== Besonderheiten ====
Bei manchen [[Transmembranprotein]]en ist die erste Transmembrandomäne gleichzeitig die Signalsequenz. Das auch als ''Signalankersequenz'' bezeichnete Segment zeichnet sich durch einen längeren hydrophoben Kernbereich sowie eine fehlende Signalpeptidaseschnittstelle gegenüber der normalen Signalsequenz aus.

Der Großteil der Proteine, die zum ER transportiert werden, besitzt N-terminal orientierte Signal- oder Signalankersequenzen. Jedoch gibt es auch integrale Membranproteine, die ohne N-terminale Signalsequenz in die ER-Membran inseriert werden. Bei diesen Proteinen erfolgt die Erkennung über ein C-terminal gelegenes hydrophobes Segment. Wie diese Proteine in die ER-Membran inserieren, ist bisher jedoch noch nicht geklärt.

=== Zellkern ===
Auch beim posttranslationalen Proteinimport in den [[Zellkern]] ist eine Signalsequenz, hier [[Kernlokalisierungssignal]] (prototypische Sequenz PKKKRKV) genannt, erforderlich. Diese wird von einem Kernimportrezeptor erkannt mit diesem zusammen in den Kern transportiert.<ref>X. Xu, I. Meier: ''The nuclear pore comes to the fore.'' In: ''Trends Plant Sci.'' 13 (1), 2008, S. 20–27 [[doi:10.1016/j.tplants.2007.12.001]]</ref><ref>Allison Lange u. a.: ''Classical Nuclear Localization Signals: Definition, Function, and Interaction with Importin.'' In: ''[[J Biol Chem]].'' 282 (8), 2006, S, S. 5101–5105 [[doi:10.1074/jbc.R600026200]]</ref> Der Export von Proteinen aus dem Zellkern erfolgt anhand einer NES (engl. ''{{lang|en|nuclear export signal}}'') über [[Exportin]]e und [[Ran-GTP]] mit einem [[G-Protein]]-typischen Mechanismus. Das NES besteht aus der Sequenz LxxxLxxLxL mit L stellvertretend für aliphatische Aminosäuren wie [[Leucin]] und x für eine beliebige Aminosäure.

=== Mitochondrium ===
Der Proteinimport in das [[Mitochondrium]] erfolgt posttranslational, also nach abgeschlossener Proteinbiosynthese. Alle Importprozesse erfolgen über die gleiche Transportmaschinerie, den TOM-Komplex (englisch: ''translocase of the outer membrane'') der äußeren Mitochondrienmembran. Daneben bestehen eine Reihe anderer Proteinkomplexe, die die Integration von Proteinen in die äußere Mitochondrien-Membran (SAM-Komplex, ''sorting and assembly machinery''), den Import in die innere Mitochondrienmembran und die Mitochondrienmatrix (TIM-Komplexe, ''translocase of the inner membrane'') vermitteln.

Proteinvorläufer können in zwei Gruppen eingeteilt werden: die erste Gruppe bilden Proteine mit N-terminalen Signalen, die für die Mitochondrien-Matrix bestimmt sind, einige Proteine der inneren Membran und des Intermembranraums zwischen äußerer und innerer Membran. Die Aminosäurereste tragen positive Ladungen und interagieren mit den Importrezeptoren des Organells und leiten es auch über die innere Membran zu ihrem Bestimmungsort. Sie bestehen im Allgemeinen aus 20–40 Aminosäuren, die eine [[Amphiphilie|amphiphile]] [[α-Helix]] bilden, die vom Importapparat erkannt wird. Die Signalsequenz wird nach erfolgtem Import durch eine [[Peptidase]] abgeschnitten.

Die zweite Gruppe umfasst alle Proteine der äußeren Membran, viele Proteine der inneren Membran und des Intermembranraums. Sie tragen lediglich interne Signale, die nicht abgeschnitten werden können.<ref>N. Wiedemann u. a.: ''The protein import machinery of mitochondria.'' In: ''[[J Biol Chem]].'' 279 (15), 2004, S. 14473–14476. PMID 14973134</ref>

=== Chloroplast ===
Der Proteinimport in den [[Chloroplast]]en erfolgt posttranslational über die Proteinkomplexe [[Translocase of the outer chloroplast membrane|TOC]] (''Translocase of the outer chloroplast membrane'') und [[Translocase of the inner chloroplast membrane|TIC]] (''Translocase of the inner chloroplast membrane'').<ref name="gutensohn:2006">M. Gutensohn u. a.: ''Toc, Tic, Tat u. a.: Structure and function of protein transport machineries in chloroplasts.'' In: ''J Plant Physiol.'' 163 (3), 2006, S. 333–347 [[doi:10.1016/j.jplph.2005.11.009]]</ref>

Plastidäre Signalpeptide befinden sich am N-Terminus des Proteinvorläufers und besitzen bestimmte physikalische Eigenschaften: sie sind reich an Aminosäuren mit hydroxylierten Resten, besitzen keine sauren Reste und bilden keine Sekundärstruktur. Die Präsequenz wird [[Phosphorylierung|phosphoryliert]] und geht Interaktionen mit den Proteinen [[Hsp70]] und [[14-3-3-Protein|14-3-3]] ein, die das Protein zum Transportapparat begleiten.<ref>Jürgen Soll, Enrico Schleiff: ''Plant cell biology: Protein import into chloroplasts.'' In: ''[[Nat Rev Mol Cell Biol]].'' vol. 5, (3), 2004, S. 198–208.</ref> Nach dem Import wird die Signalsequenz durch eine [[Peptidase]] abgeschnitten. Die Proteine der äußeren Membran erfordern kein N-terminales Signalpeptid, der Mechanismus der Integration ist noch unbekannt.

Proteine, deren Bestimmungsort die Membran oder das Lumen der [[Thylakoid]]e sind, können ebenfalls zusätzliche Signalsequenzen enthalten.<ref name="gutensohn:2006" />

=== Peroxisom ===
Der posttranslationale Proteinimport in das [[Peroxisom]] beruht auf zwei unterschiedlichen Arten von Signalsequenzen, die PTS1 und PTS2 genannt werden (von [[Englische Sprache|engl.]]: ''Peroxisome Targeting Signal'', etwa „auf Peroxisomen zeigende Signale“).

PTS1-Sequenzen sind kurze, [[C-Terminus|C-terminale]] Signale, die die Aminosäureabfolge von ([[Serin|S]]/[[Alanin|A]]/[[Cystein|C]])-([[Lysin|K]]/[[Arginin|R]]/[[Histidin|H]])-(L/[[Leucin|L]]/[[Methionin|M]]) enthalten. Sie werden von dem Rezeptor [[Peroxin-5]] (Pex5p) erkannt.<ref name="brown:2003">L. A. Brown, A. Baker: ''Peroxisome biogenesis and the role of protein import.'' In: ''J Cell Mol Med.'' 7 (4), 2003, S. 388–400. PMID 14754507</ref>

PTS2-Sequenzen sind Signale aus 9 Aminosäuren, die etwa 20 Residuen vom N-Terminus entfernt liegen. Der Rezeptor für PTS2-Signale ist des [[Peroxin-7]] (Pex7p).<ref name="brown:2003" />

== Literatur ==
* Lincoln Taiz, Eduardo Zeiger: ''Physiologie der Pflanzen.'' Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2000, ISBN 3-8274-0537-8.
* Figueroa-Martinez ''et al.'': ''Reconstructing the Mitochondrial Protein Import Machinery of Chlamydomonas reinhardtii.'' In: ''Genetics.'' vol. 179 (1), 2008, S. 149–155.
* [[Joachim Rassow]] ''et al.'': ''Duale Reihe der Biochemie.'' Thieme Verlag, Stuttgart 2006, ISBN 3-13-125351-7.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [http://proline.bic.nus.edu.sg/spdb/index.html SPdb: Signal Peptide Resource (eng.)] – Signalpeptid-Datenbank der National University of Singapore & Macquarie University in Australia mit derzeit 27.433 Einträgen von Archaeen-, Prokaryoten- und Eukaryotensignalsequenzen (Zugriff am 20. Oktober 2009)

[[Kategorie:Proteintransport]]
[[Kategorie:Proteindomäne]]

Signalsequenz - Versionsgeschichte

imported>Invisigoth67: form