<<
>>

Сигнальный пептид Г. Блобеля, управляющий транспортом белков и их локализацией внутри клетки,1 – значение для онкологии

В клетке любого типа много отделов – органелл: ядро, митохондрии и др. Они окружены мембранами, как и сама клетка. В каждой клетке около миллиарда белковых молекул, т.е. белков разного типа.

ДНК клетки – это «чертеж» построения клетки, а белки – «строители» клетки.
Перед делением клетки в ней удваивается набор всех белков для дочерних клеток.

Для белков характерно разнообразие пространственной укладки цепи, что порождает адекватное разнообразие функций белков. Есть белки в роли строительных элементов, белки-переносчики различных сигналов и белки-рецепторы для этих переносчиков, белки-маркеры для данного типа клетки и белки «агрессоры», которые атакуют клетки, несущие чужеродные маркеры. В конечном

1 Сигнальный пептид или Zip-код – это продукт части гена данного белка.

счете, белки создают все свойства клетки и обеспечивают все еe функция как части ткани.

В клетке постоянно происходит распад ненужных уже белков и замена их новыми путeм их синтеза. После синтеза белки должны быть транспортированы из клетки или в ее различные органеллы, проникая соответственно через их мембраны.

Эволюция каждого типа клетки закрепила за каждым белком после его синтеза то место, где ему положено находиться. Если это нарушается, то клетка не выполнит свою функцию или функции.

Как вновь синтезированный белок находит свое место в клетке?

Этот вопрос был первым, на который ответил Г. Блобель – американский биолог.

Еще в 1970-х годах он обнаружил, что каждый вновь синтезированный белок содержит в себе информацию о месте его в структуре клетки. Затем в течение 20 лет он изучал – чем является эта информация? В результате он открыл сигнальный пептид в молекуле каждого синтезированного белка.

Оказалось, что при синтезе каждого белка в рибосоме в его структуру за- кладывается сигнальный пептид или аминокислотный код, назвав его Zip- кодом. Ясно, что он транспортируется вместе с этим белком.

Сигнальный пептид – это короткая цепочка из нескольких аминокислотных остатков – от 10 до 30. Синтез белка в клетке начинается с сигнального пептида. Он прикреплен к белку на его конце – в виде «хвоста», либо внутри белка отдельными участками, а в глобулярном белке в виде единой части (Рис.

1).

Размер и структура сигнального пептида не для вида белка, а для определения его места в клетке; то есть для каждого белка он специфичен. Поэтому сигнальный пептид можно сравнить с «адресом» на почтовом отправлении или с «ярлычком» на багаже, где написано место, куда надо его доставить.

Два варианта сигнального пептида



Рис. 1.

Два варианта сигнального пептида

: а – в виде «хвоста»; б – в виде отдельных участков (рис. и цит. по: В. А.Ткачук, Л. П. Белянова, 2000).

Так что сигнальный белок определяет судьбу каждого белка: направить ли его в митохондрию, и он проникнет в неe, в ядро клетки – для запуска экспрессии генов, или построить из него ионный канал или рецептор и встроить его в клеточную мембрану, или секретировать его в другие участки организма.

Но белок-носитель сигнального пептида, может быть по количеству аминокислот в нeм, – большим и малым.
Количество аминокислот может достигать от 50 до нескольких тысяч.

Как белок проникает через мембрану органеллы, и клеточную мембрану?

Этот вопрос был вторым, на который своими исследованиями также ответил Г. Блобель.

Оказалось, что сигнальный пептид служат пропуском для белка через мембраны. Это вторая функция сигнального пептида1.

На мембране органелл и клеточной мембране имеются специфические молекулы-рецепторы, проверяющие сигнальный пептид данного белка. Его структура комплементарна рецептору той органеллы, для которой этот белок предназначен.

При контакте сигнального пептида с рецептором происходит молекулярное узнавание: если их контакт подобен «застежке-молнии». В таком случае

1 В литературе часто называют сигнальный пептид – «адресная метка».

мембрана пропускает в органеллу этот белок, признавая его «своим». По этому же принципу в органеллу не может проникнуть чуждая, т.е. «не своя» молекула белка, если при контакте не образуется подобия «застежке-молнии». Вот в чем причина удивительной избирательности белков, которая характерна для нормальной, т.е. здоровой клетки.

То же характерно для процесса выхода белка из клетки. Рецептор наружной мембраны клетки выясняет, каков сигнальный пептид у того белка, который хочет выйти из клетки, и делает возможным выход только того белка, сигнальный пептид которого комплементарен рецептору.

Доставка белка в клеточное ядро отличается от доставки какого-либо белка в органеллу. Белки, а их множество, попадают из цитоплазмы в ядро не через липидные слои его мембраны, а через водные поры. Но и здесь требуется механизм молекулярного узнавания. Эти поры работают, подобно клапану, т.е. способны открываться по сигналу от транспортируемого белка и закрываться, когда белок достигает ядерной плазмы.

Когда белок будет доставлен точно на свое место, сигнальный пептид отделяется от молекулы белка, так как уже не нужен. Его отщепляет специальный фермент – сигнальная пептидаза. В сигнальном пептиде кроме адреса доставки белка есть еще фрагмент, который распознает пептидаза. Через него пептидаза отщепляет сигнальный пептид от белка. Это закрывает белку обратный путь.

Оказалось, что молекулярные механизмы транспорта белка в клетке универсальны: они одинаковы у всех эукариот – растений, дрожжей и животных.

В чeм значение открытия?

1. Открыт сигнальный пептид, который управляет транспортом белка и его локализацией в клетке.

2. Молекулярные механизмы этих процессов в клетке – это наиболее уязвимые места для возникновения ряда болезней и не только наследственных. Г. Блобель предполагает, что какие-то нарушения в этих механизмах окажутся причиной превращения нормальной клетки в раковую клетку.

Возможные применения

1. Ошибки в участке гена сигнального пептида ведут к изменению локализации белка в клетке. Это может стать причиной возникновения некоторых генетических болезней. Изменением структуры этого участка гена можно устранить болезнь.

2. С помощью сигнального пептида можно определить, какие белки в данном типе клетки должны быть встроены в ее мембрану. Это даст возможность обнаружить изменения в белках мембраны раковой клетки этого же типа.

3. К сигнальному пептиду и его белку можно присоединять молекулу лекарственного препарата для доставки его в нужное место клетки – в митохондрию, в ее ядро и др. Это можно использовать для уничтожения раковой клетки. Однако прежде это лекарство требуется адресно доставить к раковой клетке, что намного труднее (А.С. Соболев, 2003).

4. Расширена возможность использования клетки как «фабрики белковых лекарств». Для этого ген необходимого белка можно соединить с участком гена сигнального пептида. Эту конструкцию затем клонировать, встроив в геном бактерии, – обычно кишечной палочки, для производства препарата (А.С. Соболев, 2003). Для этого больше годятся более сложные клетки – клетки дрожжей.

За открытие у белков сигнального пептида, управляющего их транспортом и локализацией в клетке, Г. Блобель в 1999 г. удостоен Нобелевской пре- мии по физиологии и медицине.
<< | >>
Источник: А.И.Рукавишников. Азбука рака. 2007

Еще по теме Сигнальный пептид Г. Блобеля, управляющий транспортом белков и их локализацией внутри клетки,1 – значение для онкологии:

  1. «Убиквитин-опосредованное расщепление» «ненужных» белков в клетке – значение для онкологии
  2. Протеом клетки – значение для медицины, ранней диагностики раковой клетки и излечения рака
  3. Открытие строения генома человека – значение для медицины и онкологии
  4. Раскрытие секрета жизни – значение для медицины и онкологии
  5. РОЛЬ ТОЧЕЧНЫХ МУТАЦИЙ В ГЕНЕ lyLMP1 ВИРУСА ЭПШТЕЙНА-БАРР В АКТИВАЦИИ КЛЮЧЕВЫХ СИГНАЛЬНЫХ ПУТЕЙ КЛЕТКИ
  6. Физиологическая роль и гигиеническое значение белков.
  7. ПРОГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЭКСПРЕССИИ БЕЛКОВ ВАХ, Р53 И РЕЦЕПТОРОВ АНДРОГЕНОВ В РАКЕ ПРОСТАТЫ
  8. Питание как фактор сохранения и укрепления здоровья. Физиологические нормы питания. Значение отдельных компонентов пищи в питании человека. Значение белков в питании человека, их нормы и источники поступления в организм
  9. Белковый чип для диагностики раковых клеток первичной опухоли и микрометастазов по сыворотке крови пациента
  10. ЭНДОГЕННЫЕ ОПИАТНЫЕ ПЕПТИДЫ