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트랜스로콘

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1. 개요

트랜스로콘은 세균의 SecYEG, 진핵생물의 Sec61로 불리는 이종 삼량체 단백질 복합체이며, 단백질이 세포막을 통과하도록 돕는 채널이다. 이 채널은 단백질 전위 과정에서 펩타이드가 양방향으로 이동할 수 있게 하므로, 트랜스로콘 내에는 추가적인 시스템이 존재한다. 트랜스로케이션에는 리보솜에서 단백질이 합성되는 동안 일어나는 공동 번역 트랜스로케이션과 번역 후에 일어나는 번역 후 트랜스로케이션이 있으며, 진핵생물과 세균에서 각각 다른 방식으로 일어난다. 또한, 트랜스로콘은 소포체 내강에서 잘못 접히거나 손상된 단백질을 세포질로 이동시켜 분해를 돕는 역할도 수행하며, 트랜스로콘 품질 관리 시스템을 통해 기능 장애를 회복한다.

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트랜스로콘
일반 정보
진핵생물 translocon의 모델
진핵생물 translocon의 모델
발견 연도1970년대
발견자귄터 블로벨
기능소포체, 세균의 세포막, 고세균의 세포막을 가로지르는 폴리펩타이드 수송
막 단백질 삽입
구조
진핵생물Sec61 복합체 (Sec61α, Sec61β, Sec61γ로 구성)
TRAM
TRAP 복합체
OST
수용체
세균SecYEG 복합체
SecA
SecDF-YajC
YidC
메커니즘
신호 인식진핵생물: 신호 인식 입자 (SRP)
세균: SecA
채널 개방펩타이드의 소수성 신호 서열 또는 막 횡단 도메인에 의해 유도됨
펩타이드 수송채널을 통한 폴리펩타이드의 통과; ATP 가수분해에 의해 구동될 수 있음
막 삽입측면 방출 메커니즘을 통해
관련 과정
단백질 타겟팅세포 내 특정 구획으로 단백질을 전달하는 과정
단백질 접힘샤페론의 도움으로
단백질 변형글리코실화, 지질화
중요성
세포 생존세포가 생존하고 기능하는 데 필요한 많은 단백질이 translocon을 통해 수송됨
질병translocon 기능 장애는 다양한 질병과 관련됨
추가 정보
다른 이름단백질 translocon, Sec61 복합체, SecYEG 복합체

2. 중앙 채널

트랜스로콘의 핵심 구성 요소는 세균에서는 SecYEG, 진핵생물에서는 Sec61 복합체이다.[5] 이들은 막을 관통하는 단백질 통로를 형성하여 단백질이 세포막을 통과할 수 있도록 돕는다. 더 큰 7량체 복합체는 폴리펩티드 하위 집합을 소포체로 수송하는 역할을 한다.[7] 이 채널은 소포체 막에서 기능하며, 들어가는 요소의 선택성을 보장한다.

2. 1. SecYEG/Sec61 복합체의 구조

트랜스로콘 채널은 세균에서는 SecYEG, 진핵생물에서는 Sec61이라고 불리는 이종 삼량체 단백질 복합체이다.[5] SecY, SecE, SecG 소단위체로 구성된다. 이 채널의 비활성 상태 구조는 고세균에서 X선 결정학으로 밝혀졌다.[6] SecY는 큰 기공 소단위체이다. 측면에서 보면 채널은 양쪽 측면에 깔때기가 있는 모래시계 모양이다. 세포외 깔때기는 알파 나선으로 형성된 작은 "플러그"를 가지고 있다. 막 중앙에는 측쇄를 안쪽으로 투사하는 6개의 소수성 아미노산으로 이루어진 기공 링 구조가 있다. 단백질 전위 동안 플러그는 치워지고 폴리펩티드 사슬은 세포질 깔때기를 통해 기공 링을 통과하여 세포외 깔때기를 거쳐 세포외 공간으로 이동한다. 막 단백질의 소수성 부분은 측면 게이트를 통해 지질상으로 옆으로 나가 막 관통 세그먼트가 된다.[6]

2. 2. 추가 구성 요소

세균에서 SecYEG는 SecDF, YajC, YidC와 복합체를 형성한다.[8][9] 진핵생물에서 Sec61은 올리고사카릴 전달 효소 복합체, TRAP 복합체 및 막 단백질 TRAM (샤프론일 가능성이 있음)과 복합체를 형성한다. 신호 펩티다제 복합체 및 SRP 수용체와 같은 추가 구성 요소는 트랜스로콘 복합체와 일시적으로만 연관되는 것으로 보인다.[10]

3. 트랜스로케이션 (단백질 이동)

트랜스로콘은 펩타이드가 양방향으로 이동할 수 있게 하므로, 펩타이드를 특정 방향으로 이동시키기 위해서는 트랜스로콘 내에 추가적인 시스템이 필요하다. 트랜스로케이션에는 공동 번역 트랜스로케이션(번역과 동시에 일어남)과 번역 후 트랜스로케이션(번역 후에 일어남)의 두 가지 유형이 있다.[33]

공동 번역 트랜스로케이션은 리보솜에서 단백질이 합성되는 동안 신호 인식 입자(SRP)가 신생 단백질의 신호 서열을 인식하여 진행된다. 진핵생물에서 번역 후 트랜스로케이션은 BiP와 SEC62/SEC63 막 단백질 복합체를 포함한 다른 복합체에 의존하며, 세균에서는 SecA가 이 과정을 수행한다.

3. 1. 공동 번역 트랜스로케이션 (Co-translational translocation)

리보솜에서 단백질이 합성되는 동안, 신호 인식 입자(SRP)가 신생 단백질의 신호 서열을 인식한다. SRP는 리보솜-mRNA-신생 단백질 복합체를 소포체 막의 트랜스로콘으로 유도한다. 리보솜이 트랜스로콘에 결합하면, 신생 단백질은 트랜스로콘 채널을 통과하여 소포체 내강으로 이동한다. 이 과정을 공동 번역 트랜스로케이션 (Co-translational translocation)이라고 한다.[12][13][14]

소포체(ER) 트랜스로콘 복합체. 단백질 합성에 많은 단백질 복합체가 관여한다. 실제 생산은 리보솜(노란색과 물색)에서 이루어진다. ER 트랜스로콘(녹색: Sec61, 파란색: TRAP 복합체, 빨간색: 올리고사카릴전이효소 복합체)을 거쳐, 새로 합성된 단백질은 막(회색)을 넘어 ER 내부로 운반된다. Sec61은 단백질 전도 채널이며, OST는 신생 단백질에 당쇄를 부가한다.


진핵생물에서 소포체로 전위될 단백질은 SRP에 의해 인식된다. SRP는 소포체에서 SRP 수용체에 리보솜을 부착하는 동안 번역을 일시 중단시킨다. 이러한 인식은 합성될 폴리펩타이드의 처음 몇 개 코돈에 있는 특정 N-말단 신호 서열을 기반으로 한다.[11] 박테리아는 진핵생물 TRAM과 유사한 샤페론 YidC와 함께 SRP를 사용한다.[15][11]

트랜스로콘은 막 단백질을 소포체 막에 올바른 방향으로 전위시키고 통합하는 역할도 한다. 이 과정은 완전히 이해되지는 않았지만, 막관통 나선이 되도록 운명 지어진 아미노산 서열의 소수성 부분을 트랜스로콘이 인식하고 처리하는 과정을 포함한다. 정지-전달 서열에 의해 닫히고 내장된 신호 서열에 의해 열리는 플러그는 열리고 닫힌 상태 사이에서 변경되어 나선을 다른 방향으로 배치한다.[11]

번역이 완료되면 신호 펩티드 분해 효소가 신호 서열을 제거하고, 단백질은 소포체 내강에 남거나 막에 삽입된 상태로 남는다.

3. 2. 번역 후 트랜스로케이션 (Post-translational translocation)

트랜스로콘은 펩타이드가 양방향으로 이동할 수 있게 하므로, 펩타이드를 특정 방향으로 이동시키기 위해 트랜스로콘 내에 추가 시스템이 필요하다. 번역 후 트랜스로케이션은 번역 후에 일어난다.

진핵생물에서 번역 후 전위는 BiP와 SEC62/SEC63 막 단백질 복합체를 포함한 다른 복합체에 의존한다. 이 전위 방식에서 Sec63은 BiP가 ATP를 가수분해하도록 돕고, 이것은 펩타이드에 결합하여 펩타이드를 "끌어낸다". 이 과정은 전체 펩타이드가 통과될 때까지 다른 BiP 분자에 대해 반복된다.[11]

세균에서는 동일한 과정이 "미는" ATPase인 SecA에 의해 수행되며, 때로는 반대편에서 당기는 역할을 하는 SecDF 복합체의 도움을 받기도 한다.[16] SecA ATPase는 다중 펩타이드를 채널을 통해 이동시키기 위해 "밀고-미끄러지는" 메커니즘을 사용한다. ATP 결합 상태에서 SecA는 기질 내 아미노산의 부분 집합과 두 개의 나선형 손가락을 통해 상호 작용하여, ATP 가수분해와 함께 아미노산을 채널로 밀어 넣는다. 그런 다음 SecA가 ADP 결합 상태로 들어가면서 상호 작용이 약해지고, 폴리펩타이드 사슬이 어느 방향으로든 수동적으로 미끄러지도록 한다. 그 후 SecA는 펩타이드의 추가 부분을 잡아 이 과정을 반복한다.[11]

4. 소포체 역트랜스로콘 (ER-retrotranslocon)

트랜스로콘은 프로테아좀으로 보내지는 손상된 단백질과 같은 폴리펩타이드를 소포체 내강에서 세포질로 이동시킬 수 있다. 소포체 단백질은 세포질에서 26S 프로테아좀에 의해 분해되며, 이는 소포체 관련 단백질 분해로 알려진 과정이며, 따라서 적절한 채널을 통해 수송되어야 한다. 이 역트랜스로콘은 아직 수수께끼이다.

처음에는 Sec61 채널이 이 역행 수송을 담당하는 것으로 여겨졌으며, 이는 Sec61을 통한 수송이 항상 단방향이 아니라 양방향일 수도 있음을 의미했다.[17] 그러나 Sec61의 구조는 이러한 견해를 뒷받침하지 않으며, 소포체 내강에서 세포질로의 수송을 담당하는 여러 다른 단백질이 제안되었다.[18]

5. 트랜스로콘 품질 관리 (TQC)

트랜스로콘은 번역이 정지되거나 부적절하게 접힌 단백질이 복합체와 결합하여 막힐 수 있다. 이는 트랜스로콘이 기능 장애를 일으킬 수 있는 한 가지 방식이다. 예를 들어, 동시 번역적 이동(CTT)에서 트랜스로콘 막힘은 번역이 정지된 ER 표적 단백질로 인해 발생할 수 있다.[19] 번역 후 이동(PTT) 중 트랜스로콘 막힘은 단백질이 완전히 이동되기 전에 제대로 접히지 않거나 응집체를 형성할 때 발생할 수 있다.[20][21][22]

세포 내 트랜스로콘 품질 관리(TQC) 메커니즘은 단백질 이동 중 막힌 트랜스로콘 채널을 제거하여 트랜스로콘 기능을 회복시킨다.[21] 유비퀴틴 프로테아좀 시스템(UPS)은 TQC 하에 있는 여러 분해 메커니즘 중 하나이다. 이 과정에는 프로테아좀에 의한 분해를 위해 유비퀴틴 효소를 부착하여 막힌 단백질을 표적화하는 것이 포함된다.[23]

6. 관련 항목

템플릿은 제거해야 하는 대상이므로 제거하고, 내부 링크 문법에 맞게 수정한다.


  • SecY 단백질
  • 세균 분비 시스템

참조

[1] 논문 The translocon: a dynamic gateway at the ER membrane
[2] 논문 Structure and function of the bacterial Sec translocon
[3] 논문 Assembly of yeast Sec proteins involved in translocation into the endoplasmic reticulum into a membrane-bound multisubunit complex 1991-02
[4] 논문 The type III secretion system tip complex and translocon 2008-06
[5] 간행물 Academic Press 2016-01-01
[6] 논문 X-ray structure of a protein-conducting channel 2004-01
[7] 논문 Mammalian Sec61 Is Associated with Sec62 and Sec63 2000-05
[8] 논문 Distinct catalytic roles of the SecYE, SecG and SecDFyajC subunits of preprotein translocase holoenzyme 1997-05
[9] 논문 YidC, the Escherichia coli homologue of mitochondrial Oxa1p, is a component of the Sec translocase 2000-02
[10] 논문 Structure of the mammalian oligosaccharyl-transferase complex in the native ER protein translocon
[11] 논문 Protein translocation by the Sec61/SecY channel 2005
[12] 논문 A protein-conducting channel in the endoplasmic reticulum 1991-05
[13] 논문 Signal peptides open protein-conducting channels in E. coli 1992-05
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[17] 논문 Surfing the Sec61 channel: bidirectional protein translocation across the ER membrane 1999-12
[18] 논문 Finding the will and the way of ERAD substrate retrotranslocation 2012-08
[19] 논문 Rkr1/Ltn1 Ubiquitin Ligase-mediated Degradation of Translationally Stalled Endoplasmic Reticulum Proteins 2015-07
[20] 논문 The Protease Ste24 Clears Clogged Translocons https://linkinghub.e[...] 2016-01
[21] 논문 Overlapping function of Hrd1 and Ste24 in translocon quality control provides robust channel surveillance 2020-11
[22] 논문 Translocon Declogger Ste24 Protects against IAPP Oligomer-Induced Proteotoxicity https://linkinghub.e[...] 2018-03
[23] 논문 ER Degradation of a Misfolded Luminal Protein by the Cytosolic Ubiquitin-Proteasome Pathway https://www.science.[...] 1996-09-20
[24] 논문 The translocon: a dynamic gateway at the ER membrane
[25] 논문 Structure and function of the bacterial Sec translocon
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[32] 논문 Structure of the mammalian oligosaccharyl-transferase complex in the native ER protein translocon
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[38] 논문 Protein translocation by the Sec61/SecY channel. 2005
[39] 논문 Protein translocation by the Sec61/SecY channel. 2005
[40] 논문 The bacterial Sec-translocase: structure and mechanism 2012
[41] 논문 Protein translocation by the Sec61/SecY channel. 2005
[42] 논문 Surfing the Sec61 channel: bidirectional protein translocation across the ER membrane http://jcs.biologist[...] 1999-12
[43] 논문 Finding the will and the way of ERAD substrate retrotranslocation
[44] 논문 The translocon: a dynamic gateway at the ER membrane



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