| Περίληψη |
Περίπου το 1/3 των πρωτεϊνών που παράγονται στο κυτταρόπλασμα ενός
βακτηριακού κυττάρου, έχουν ως τελικό προορισμό εξωκυτταροπλασματικά
διαμερίσματα. Ωστόσο, η κυτταροπλασματική μεμβράνη αποτελεί ένα αδιαπέραστο
φράγμα, που συγκρατεί τα μακρομόρια της ζωής διαμερισματοποιημένα. Η
διαπεραίωση των πρωτεϊνών μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης δεν είναι
θερμοδυναμικά αυθόρμητη διαδικασία. Για να μπορούν να υλοποιούν αυτή την
διαδικασία τα κύτταρα έχουν αναπτύξει τουλάχιστον 16 εκκριτικά συστήματα. Από
αυτά το Sec σύστημα, το επίκεντρο αυτής της μελέτης, είναι το μοναδικό που
βρίσκεται σε όλα τα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών και είναι απαραίτητο για
την ζωή.
Στα βακτήρια το σύστημα Sec αποτελείται από το διαμεμβρανικό σύμπλοκο SecY,
SecE, SecG (SecYEG), που δημιουργεί τον δίαυλο μέσω του οποίου εξέρχονται οι
πρωτεΐνες, και τον κυτταροπλασματικό κινητήρα SecA.
Οι πρωτεΐνες που προορίζονται για τον χώρο πέρα από την κυτταροπλασματική
μεμβράνη, συντίθενται σαν προπρωτεΐνες και διαθέτουν μια μικρή (20-30αα)
αμινοτελική αμινοξική αλληλουχία που αποκαλείται πεπτίδιο σήμα και αποκόπτεται
μετά την ολοκλήρωση της μετατόπισης τους μέσω του συμπλόκου SecA-SecYEG. Το
υπόλοιπο τμήμα της προπρωτεΐνης αποκαλείται ώριμο τμήμα. Η SecA αλληλεπιδρά
με τις προπρωτεΐνες στο κυτταρόπλασμα ή αφού έχει προηγουμένως σχηματίσει
σύμπλοκο με την SecYEG στην μεμβράνη. Στην συνέχεια η SecA καταναλώνει
ενέργεια (με την μορφή ΑΤΡ) για να παράγει το απαραίτητο μηχανικό έργο που
χρειάζεται για την ώθηση των προπρωτεϊνών μέσω της SecYEG. Μετά από μερικούς
κύκλους υδρόλυσης ΑΤΡ το πεπτίδιο σήμα αποκόπτεται και η πρωτεΐνη πλέον,
απελευθερώνεται στον κυτταροπλασματικό χώρο όπου και παραμένει ή μετακινείται
περαιτέρω με την βοήθεια άλλων συστημάτων.
Στόχος της συγκεκριμένης εργασίας ήταν ο προσδιορισμός της περιοχής της SecA με
την οποία αλληλεπιδρούν οι προπρωτεΐνες και του μηχανισμού με το οποίο αυτή η
αλληλεπίδραση ενεργοποιεί την υδρόλυση του ΑΤΡ και την παραγωγή μηχανικού
έργου έκκρισης.
Τα αποτελέσματα της μελέτης μας δείχνουν ότι οι προπρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με
την ρηχή κυτταροπλασματική επιφάνεια της SecA, όταν αυτή βρίσκεται σε σύμπλοκο με την SecYEG. Τα πεπτίδια σήματα και τα ώριμα τμήματα των προπρωτεϊνών έχουν
ανεξάρτητες θέσεις πρόσδεσης πάνω στην SecA. Η θέση πρόσδεσης του ώριμου
τμήματος βρίσκεται στην κυτταροπλασματική επιφάνεια που σχηματίζεται από τις 4
περιοχές της SecA, την περιοχή πρόσδεσης του νουκλεοτιδίου (NBD, Nucleotide
Binding Domain), την περιοχή ενδομοριακής ρύθμισης της υδρόλυσης του ΑΤΡ-2
(IRA2, Intramolecular Regulator of ATP-hydrolysis 2) την περιοχή πρόσδεσης των
προπρωτεϊνών (PBD, Preprotein Binding Domain) και την καρβοξυτελική περιοχή
(C-domain). Η θέση αλληλεπίδρασης των πεπτιδίων σημάτων βρίσκεται σε μια ρηχή
κοιλότητα που σχηματίζεται κατά μήκος της PBD. Το ώριμο τμήμα ενδέχεται να
αλληλεπιδρά πρώτο με την SecΑ, καθώς στις περισσότερες προπρωτεΐνες έχει πολύ
μεγαλύτερο μέγεθος από ο πεπτίδιο σήμα, γεγονός που καθιστά την στοχαστική
πρόσδεση του πιο πιθανή. Η PBD περιστρέφεται και φέρνει τις δυο ανεξάρτητες
θέσεις πρόσδεσης στον κατάλληλο προσανατολισμό για να επιτευχθεί βέλτιστη
συνεργατική αλληλεπίδραση της προπρωτεΐνης (πεπτίδιο σήμα και ώριμο τμήμα) με
την SecA.
Η αρχική αλληλεπίδραση των προπρωτεϊνών με το σύμπλοκο SecA-SecYEG, επάγει
την μετάδοση ενός σήματος ενεργοποίησης, που τελικά οδηγεί στην παραγωγή
μηχανικού έργου μετακίνησης της προπρωτεΐνης. Η μετάδοση αυτού του σήματος
γίνεται μέσω μιας αλληλουχίας δομικών μεταβολών κατά μήκος της SecA. Αρκετά
επιφανειακά αμινοξικά κατάλοιπα στην PBD συμμετέχουν σε αυτή την
ενεργοποίηση, μέσω της αλληλεπίδρασής τους με το SecYEG και άλλες πρωτεΐνες.
Επιπλέον, η θέση της PBD φαίνεται πως ρυθμίζει την ενεργοποίησης του ολοενζύμου
SecA-SecYEG. Ωστόσο, η περιστροφική κίνηση της PBD δεν είναι το μηχανικό
γεγονός που οδηγεί στην ώθηση των προπρωτεϊνών μέσω του SecYEG.
Ένας επιπλέον μηχανισμός που χρησιμοποιεί η SecA για να ελέγχει την
ενεργοποίηση της είναι η μεταβολή της ολιγομερικής της κατάστασης. Η SecA
αρχικά αλληλεπιδρά με την SecYEG και τις προπρωτεΐνες και ενεργοποιείται από
αυτές σαν διμερές. Ωστόσο, στην συνέχεια η SecA πρέπει να μονομεριστεί για να
ολοκληρωθεί η παγίδευση και η μετατόπιση της προπρωτεΐνης μέσω του διαύλου που
σχηματίζει η SecYEG.
|
Ο νανοκινητήρας της έκκρισης πρωτεϊνών : μοριακός μηχανισμός
