지질단백질

Lipid-anchored protein
다양한 단백질을 가진 지질막

지질접착단백질(Lipid-Anched prote)은 세포막 내에 내재된 지질들에 공칭적으로 붙어 있는 세포막 표면에 위치한 단백질이다.이 단백질들은 유사한 지방산 꼬리를 따라 막의 빌레이어 구조 안에 삽입하고 가정한다.지질 부착 단백질은 세포막의 양쪽에 위치할 수 있다.따라서 지질(lipid)은 단백질을 세포막에 고정시키는 역할을 한다.[1][2]그들은 프로톨리피드의 일종이다.

지질 그룹은 단백질 상호작용에 역할을 하며 단백질이 부착되는 단백질의 기능에 기여할 수 있다.[2]게다가 지질(lipid)은 막 결합의 중재자 역할을 하거나 특정 단백질-단백질 상호작용의 결정요인 역할을 한다.[3]예를 들어, 지질 그룹은 분자수분자수분자성을 증가시키는데 중요한 역할을 할 수 있다.이것은 세포막과 단백질 영역과의 단백질의 상호작용을 가능하게 한다.[4]역동적인 역할에서 지방질은 단백질을 기질에서 분리시켜 단백질을 비활성화한 다음 기질 표시에 의해 활성화시킬 수 있다.

전체적으로 지방흡착 단백질에는 태음 단백질, 지방 아틸화 단백질, 글리코실인산디리노시톨 연계 단백질(GPI) 등 3가지 주요 유형이 있다.[2][5]단백질은 여러 개의 지질 그룹이 균일하게 붙어 있을 수 있지만, 지질들이 단백질과 결합하는 부위는 지질 그룹과 단백질 모두에 따라 달라진다.[2]

혼전 단백질

이솝렌 단위

혼전성 단백질은 단백질의 시스틴 잔류물에 소수성 이솝렌 폴리머(즉, 갈라진 5-탄소 탄화수소[6])를 공동 부착한 단백질이다.[2][3]구체적으로는 이러한 이소프레노이드 그룹, 대개 파네실(15-탄소)과 제라닐제라닐(20-탄소)은 단백질의 C 단자 근처의 시스테인 잔류물에서 티오에더 연동을 통해 단백질에 부착된다.[3][4]단백질에 대한 지질 사슬의 이러한 혼혈은 세포막과의 상호작용을 용이하게 한다.[1]

카악스 박스

혼전 모티브인 "CAX 박스"는 단백질에서 가장 흔한 혼전 부위, 즉 파르네실 또는 제라닐제라닐이 공동 부착되는 부위다.[2][3]CAAX 박스 시퀀스에서 C는 태교된 시스테인을 나타내고, A는 모든 아미노산을 나타내며, X는 발생할 태교의 유형을 결정한다.만약 X가 Ala, Met, Ser 또는 Gln이라면 단백질은 farnesyl transferase 효소를 통해 farnesylated 될 것이고, X가 Leu라면 단백질은 geranylgeranyl transferase I 효소를 통해 geranyljeranylated 될 것이다.[3][4]이 두 효소는 각각 두 개의 하위 단위를 포함하는 것과 유사하다.[7]

역할 및 기능

혼전 체인(예: 제라닐 피로인산염)

혼전 단백질은 진핵 세포의 성장, 분화, 형태학에 특히 중요하다.[7]게다가, 단백질 전도는 세포막에 대한 변환 후 수정으로 되돌릴 수 있는 것이다.태교 단백질과 세포막의 이러한 동적 상호작용은 신호 전달 기능에 중요하며 암과 같은 질병 과정에서 종종 규제를 해제한다.[8]구체적으로는 Ras는 farnesyl transferase를 통해 태교를 하는 단백질로, 전원을 켜면 세포 성장과 분화에 관여하는 유전자를 켤 수 있다.따라서 Ras 신호 전달은 암을 유발할 수 있다.[9]이러한 혼전 단백질과 그 메커니즘에 대한 이해는 암을 퇴치하는 약물 개발 노력에 있어 중요했다.[10]다른 혼전 단백질에는 라빈뿐만 아니라 Rab과 Rho 가족의 구성원들이 포함된다.[7]

HMG-CoA 환원효소 대사 경로에[1] 관여하는 중요한 혼전 사슬로는 제라닐제라니올, 파르네솔, 돌리콜 등이 있다.이러한 이솝렌 중합체(예: 제라닐 피로인산염 및 파네실 피로인산염)는 결국 사이클링하여 콜레스테롤을 형성하는 태밀전달효소와 같은 효소를 통한 응축에 관여한다.[2]

지방 아틸화 단백질

지방 아틸화 단백질은 특정 아미노산 잔류물에서 지방산의 공동 부착물을 포함하도록 번역 후 변형된 단백질이다.[11][12]단백질에 공칭적으로 붙어 있는 가장 흔한 지방산은 포화미리스틱(14-탄소)산과 팔미틴산(16-탄소)이다.단백질은 이러한 지방산 중 하나 또는 둘 모두를 포함하도록 변형될 수 있다.[11]

미리스토일화

N-미리스토일화

N-myristoylation(즉, myristic acid의 부착)은 일반적으로 단백질 합성[11][13] 중에 발생하는 되돌릴 수 없는 단백질 수정으로, myrisitc acid가 아미드 연동을 통해 N-terminal glycine 잔류물의 α-아미노 그룹에 부착된다.[2][12]이 반응은 N-myristoyl transferase에 의해 촉진된다.이러한 단백질은 보통 위치 5에서 세린 또는 트레오닌으로 시작한다.Gly[11]미리스토일화 된 단백질은 신호전달 캐스케이드, 단백질-단백질 상호작용, 단백질 표적화와 기능을 조절하는 메커니즘에 관여한다.[13]단백질의 미리스토일화가 중요한 예는 세포사멸 프로그램된 세포사멸이다.단백질 BH3 상호작용-영역 사망작용제(Bid)가 미리스토일레이티드 된 후 단백질을 대상으로 미토콘드리아 막으로 이동하여 시토크롬 c를 방출하고, 그 후 궁극적으로 세포사멸로 이어진다.[14]미리스토일화 되어 있고 세포사멸의 규제에 관여하는 다른 단백질은 액틴과 겔솔린이다.

S팔미토일화

팔미토일화

S-팔미토일화(S-palmitoylation, 즉 팔미트산 부착)는 팔미트산이 티오에스터 연동을 통해 특정 사이스테인 잔류물에 부착되는 가역성 단백질 변형이다.[2][11]S-acylation이라는 용어는 다른 중·장기 지방산 체인도 팜토이탈화 단백질에 붙을 때 사용할 수 있다.단백질 팜토이화에 대한 합의 순서는 확인되지 않았다.[11]Palmitoylated 단백질은 주로 플라즈마 막의 세포질 쪽에서 발견되는데, 거기서 그들은 투과 신호의 역할을 한다.팔미토일 그룹은 팔미토일 티오에스테라제스에 의해 제거될 수 있다.이러한 역파마토이션을 통해 막과 단백질의 상호작용을 조절할 수 있어 신호 처리의 역할을 할 수 있다고 생각된다.[2]게다가, 이것은 단백질 아세포의 국산화, 안정성 및 인신매매의 규제를 가능하게 한다.[15]단백질의 팜토이화가 세포 신호 경로에서 역할을 하는 예는 시냅스 내 단백질의 군집화에 있다.시냅스 후 밀도 단백질 95(PSD-95)가 팜토이롤링되면 막으로 제한되어 시냅스 후 막의 이온 채널에 결합하여 군집할 수 있다.따라서, 팔미토이플레이션은 신경전달물질 방출 조절에 역할을 할 수 있다.[16]

팔미토일화는 지질 뗏목에 대한 단백질의 친화력을 매개하고 단백질의 군집을 용이하게 한다.[17]군집화는 두 분자의 근접성을 증가시킬 수 있다.대신에, 군집화는 기질로부터 단백질을 분리시킬 수 있다.예를 들어 PLD(Phospholipase D)의 팜티토일화는 효소를 기질인산염으로부터 분리한다.콜레스테롤 수치가 감소하거나 PIP2 수치가 증가하면 효소가 PIP2로 밀거래되어 기질에 부딪히고 기질 발현에 의해 활성화된다.[18][19][20]

GPI단백질

진핵세포의 혈장막에 있는 글리코포스포티디리노시톨 닻의 구조

글리코실인산염리노시톨-고착 단백질(GPI-고착 단백질)은 단백질의 C-단자 카르복실 그룹과 아미드 연계를 통해 GPI 복합 분자 그룹에 부착된다.[21]이 GPI 콤플렉스는 모두 상호 연결된 몇 가지 주요 성분으로 구성되어 있다: 인광에탄올아민, 선형 사트라사카라이드(마노오스 3개와 글루코사미닐 1개로 구성됨) 및 인광티딜리노시톨.[22]인산염은 테트라사카라이드의 N-아세틸화 글루코사민과 글리코시즘적으로 연결되어 있다.그런 다음 (테트라사카라이드의) 비절감 끝의 마노오스와 인광에탄올아민 사이에 인광 결합이 형성된다.인광에탄올아민은 아미드가 각각의 단백질의 카르복실 그룹의 C-단자에 연결된다.[2]GPI 첨부파일은 GPI-transamidase complex의 작용을 통해 발생한다.[22]인산염리노시톨의 지방산 사슬이 막에 삽입되어 단백질을 막에 고정시킨다.[23]이 단백질들은 혈장막의 외부 표면에만 위치한다.[2]

역할 및 기능

테트라사카라이드의 설탕 잔류물과 인산염의 지방산 잔류물은 단백질에 따라 다르다.[2]이 큰 다양성은 GPI 단백질이 가수 분해 효소, 접착 분자, 수용체, 프로테아제 억제제 역할을 하고 규제 단백질을 보완하는 등 광범위한 기능을 갖도록 하는 것이다.[24]게다가 GPI 단백질은 발생, 발달, 신경생성, 면역체계, 수정에서 중요한 역할을 한다.[21]구체적으로는 난자 플라즈마에 있는 GPI 단백질 IZUMO1R/JUNO(로마의 다산 여신에서 이름을 딴 것)는 정자-난자 융합에 필수적인 역할을 한다.IZUMO1R/JUNO GPI 단백질을 난자 막에서 방출하는 것은 정자가 난자와 융합하는 것을 허용하지 않으며, 이 메커니즘이 난자 내 플라스마 막의 다육성 블록에 기여할 수 있다고 제안한다.[25]GPI 개조가 허용하는 다른 역할은 멤브레인 마이크로도메인, 일시적인 호모디메르화 또는 편극화된 셀의 비정형 정렬과 관련이 있다.[21]

참조

  1. ^ a b c Gerald Karp (2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley and Sons. pp. 128–. ISBN 978-0-470-48337-4. Retrieved 13 November 2010.
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m Voet D, Voet JG, Pratt CW (2013). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (4th ed.). John Wiley & Sons, Inc. p. 263. ISBN 978-0470-54784-7.
  3. ^ a b c d e Casey PJ, Seabra MC (March 1996). "Protein prenyltransferases". The Journal of Biological Chemistry. 271 (10): 5289–92. doi:10.1074/jbc.271.10.5289. PMID 8621375.
  4. ^ a b c Novelli G, D'Apice MR (September 2012). "Protein farnesylation and disease". Journal of Inherited Metabolic Disease. 35 (5): 917–26. doi:10.1007/s10545-011-9445-y. PMID 22307208. S2CID 11555502.
  5. ^ Ferguson MA (August 1991). "Lipid anchors on membrane proteins". Current Opinion in Structural Biology. 1 (4): 522–9. doi:10.1016/s0959-440x(05)80072-7.
  6. ^ isoprene (2003). "Miller-Keane Encyclopedia and Dictionary of Medicine, Nursing, and Allied Health, Seventh Ed". Retrieved 28 November 2015.
  7. ^ a b c Lane KT, Beese LS (April 2006). "Thematic review series: lipid posttranslational modifications. Structural biology of protein farnesyltransferase and geranylgeranyltransferase type I". Journal of Lipid Research. 47 (4): 681–99. doi:10.1194/jlr.R600002-JLR200. PMID 16477080.
  8. ^ Stein V, Kubala MH, Steen J, Grimmond SM, Alexandrov K (2015-01-01). "Towards the systematic mapping and engineering of the protein prenylation machinery in Saccharomyces cerevisiae". PLOS ONE. 10 (3): e0120716. Bibcode:2015PLoSO..1020716S. doi:10.1371/journal.pone.0120716. PMC 4358939. PMID 25768003.
  9. ^ Goodsell DS (1999-01-01). "The molecular perspective: the ras oncogene". The Oncologist. 4 (3): 263–4. doi:10.1634/theoncologist.4-3-263. PMID 10394594.
  10. ^ Reuter CW, Morgan MA, Bergmann L (September 2000). "Targeting the Ras signaling pathway: a rational, mechanism-based treatment for hematologic malignancies?". Blood. 96 (5): 1655–69. doi:10.1182/blood.V96.5.1655. PMID 10961860.
  11. ^ a b c d e f Resh MD (November 2006). "Trafficking and signaling by fatty-acylated and prenylated proteins". Nature Chemical Biology. 2 (11): 584–90. doi:10.1038/nchembio834. PMID 17051234. S2CID 9734759.
  12. ^ a b Wilson JP, Raghavan AS, Yang YY, Charron G, Hang HC (March 2011). "Proteomic analysis of fatty-acylated proteins in mammalian cells with chemical reporters reveals S-acylation of histone H3 variants". Molecular & Cellular Proteomics. 10 (3): M110.001198. doi:10.1074/mcp.M110.001198. PMC 3047146. PMID 21076176.
  13. ^ a b Farazi TA, Waksman G, Gordon JI (October 2001). "The biology and enzymology of protein N-myristoylation". The Journal of Biological Chemistry. 276 (43): 39501–4. doi:10.1074/jbc.R100042200. PMID 11527981.
  14. ^ Martin DD, Beauchamp E, Berthiaume LG (January 2011). "Post-translational myristoylation: Fat matters in cellular life and death". Biochimie. Bioactive Lipids, Nutrition and Health. 93 (1): 18–31. doi:10.1016/j.biochi.2010.10.018. PMID 21056615.
  15. ^ Aicart-Ramos C, Valero RA, Rodriguez-Crespo I (December 2011). "Protein palmitoylation and subcellular trafficking". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 1808 (12): 2981–94. doi:10.1016/j.bbamem.2011.07.009. PMID 21819967.
  16. ^ Dityatev, Alexander (2006). El-Husseini, Alaa (ed.). Molecular Mechanisms of Synaptogenesis. New York: Springer. pp. 72–75.
  17. ^ Levental, I.; Lingwood, D.; Grzybek, M.; Coskun, U.; Simons, K. (3 December 2010). "Palmitoylation regulates raft affinity for the majority of integral raft proteins". Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (51): 22050–22054. Bibcode:2010PNAS..10722050L. doi:10.1073/pnas.1016184107. PMC 3009825. PMID 21131568.
  18. ^ Petersen, EN; Chung, HW; Nayebosadri, A; Hansen, SB (15 December 2016). "Kinetic disruption of lipid rafts is a mechanosensor for phospholipase D." Nature Communications. 7: 13873. Bibcode:2016NatCo...713873P. doi:10.1038/ncomms13873. PMC 5171650. PMID 27976674.
  19. ^ Robinson, CV; Rohacs, T; Hansen, SB (September 2019). "Tools for Understanding Nanoscale Lipid Regulation of Ion Channels". Trends in Biochemical Sciences. 44 (9): 795–806. doi:10.1016/j.tibs.2019.04.001. PMC 6729126. PMID 31060927.
  20. ^ Petersen, EN; Pavel, MA; Wang, H; Hansen, SB (28 October 2019). "Disruption of palmitate-mediated localization; a shared pathway of force and anesthetic activation of TREK-1 channels". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 1862 (1): 183091. doi:10.1016/j.bbamem.2019.183091. PMC 6907892. PMID 31672538.
  21. ^ a b c Kinoshita T, Fujita M (January 2016). "Biosynthesis of GPI-anchored proteins: special emphasis on GPI lipid remodeling". Journal of Lipid Research. 57 (1): 6–24. doi:10.1194/jlr.R063313. PMC 4689344. PMID 26563290.
  22. ^ a b Ikezawa, Hiroh (2002-01-01). "Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-Anchored Proteins". Biological and Pharmaceutical Bulletin. 25 (4): 409–417. doi:10.1248/bpb.25.409. PMID 11995915.
  23. ^ Kinoshita T, Fujita M (January 2016). "Biosynthesis of GPI-anchored proteins: special emphasis on GPI lipid remodeling". Journal of Lipid Research. 57 (1): 6–24. doi:10.1194/jlr.R063313. PMC 4689344. PMID 26563290.
  24. ^ Kinoshita T (2014). "Biosynthesis and deficiencies of glycosylphosphatidylinositol". Proceedings of the Japan Academy. Series B, Physical and Biological Sciences. 90 (4): 130–43. Bibcode:2014PJAB...90..130K. doi:10.2183/pjab.90.130. PMC 4055706. PMID 24727937.
  25. ^ Coonrod SA, Naaby-Hansen S, Shetty J, Shibahara H, Chen M, White JM, Herr JC (March 1999). "Treatment of mouse oocytes with PI-PLC releases 70-kDa (pI 5) and 35- to 45-kDa (pI 5.5) protein clusters from the egg surface and inhibits sperm-oolemma binding and fusion". Developmental Biology. 207 (2): 334–49. doi:10.1006/dbio.1998.9161. PMID 10068467.

외부 링크