Translokon

Protein Translokasyonunun Temel Mekanizması

Translokon, salgılanmaya ya da membrana entegre edilmeye yönelik polipeptitlerin taşınmasından sorumludur. Bu polipeptitler, tipik olarak proteinin N-terminusunda bulunan bir sinyal dizisi ile karakterize edilir. Süreç birkaç temel adıma ayrılabilir:

Sinyal Dizisinin Tanınması:

• Sinyal dizisine sahip polipeptitler, sinyal dizisine ve ribozoma bağlanan bir ribonükleoprotein olan sinyal tanıma partikülü (SRP) tarafından tanınır.

ER ile SRP ve Ribozom Kompleksi Etkileşimi:

• SRP’nin bağlanması geçici olarak çeviriyi durdurur ve SRP-ribozom-polipeptit kompleksi içinden ER (RER) membranına taşınır.
• SRP reseptörü** (integral bir ER membran proteini) SRP ile etkileşime girerek konformasyonel bir değişikliğe yol açar. Bu, bir prehandover kompleksinin oluşmasıyla sonuçlanır.

Translokona aktarım:

• Bu prehandover kompleksinde, ribozom üzerindeki Sec61 bağlanma bölgesi erişilebilir hale gelir. Ribozom, polipeptit zinciri ile birlikte daha sonra translokona aktarılır.
• Bu yeniden bağlanma, translokonda başka bir konformasyonel değişikliği tetikleyerek gözeneğin açılmasına** neden olur.

Çeviri ve Translokasyonun Yeniden Başlaması:

• GTP hidrolizini** takiben, hem SRP hem de SRP reseptörü ayrışarak translasyonun devam etmesine izin verir ve büyüyen polipeptit zinciri açık translokon gözeneğinden translokasyona devam eder.

Bu kotranslasyonel süreç proteinlerin sentezlenirken ER membranına yerleştirilmesini veya transloke edilmesini sağlar.

Sinyal Dizisi

Sinyal dizisi** polipeptit zincirinin N-terminalinde yer alan kısa, hidrofobik bir peptit segmentidir. Birden fazla role hizmet eder:

• Proteini** ER membranına yönlendirmek.
• Proteinin membrana yerleştirilip yerleştirilmeyeceği veya ER lümenine tamamen transloke edilip edilmeyeceği hakkında bilgi sağlamak.
• Bölünme**: Sinyal dizileri ayrıca *sinyal peptidazlar* tarafından parçalanıp parçalanmayacaklarını da belirler.

Sinyal dizileri, polipeptidin membran proteinlerinin biyosentezi veya salgılanması için hedeflenip hedeflenmediğinin temel belirleyicileridir.

Membran Proteinleri:

• Membran proteinlerinin** sentezi sırasında, polipeptit zinciri translokon boyunca tam olarak yer değiştirmez. Bunun yerine, transmembran alanları translokondaki bir lateral açıklık aracılığıyla çevreleyen lipid çift tabakasına yerleştirilir.
• Bu süreç, proteinlerin sinyal iletimi, iyon taşınımı ve hücre iletişimi gibi hayati rolleri yerine getirdikleri ER membranına uygun şekilde entegrasyonu için gereklidir.

Salgı Proteinleri:

• Salgı proteinleri** translokon gözeneğinden ER lümenine tamamen yer değiştirir.
• Sinyal dizisi** bir sinyal peptit peptidaz tarafından parçalanır. Lümene girdikten sonra, salgı proteinleri endomembran sistemi (örneğin Golgi aparatı, lizozomlar veya hücre dışına salgılanma) yoluyla nihai hedeflerine taşınmadan önce katlanır ve modifiye edilir (örneğin glikozilasyon).

Bazı proteinler için temel translokasyon süreci, verimliliği ve doğruluğu sağlamak için ek faktörler gerektirir. Bu faktörler “kapı bekçileri ” olarak hareket eder, translokona bağlanır ve gözeneğin açılıp kapanmasını düzenler. Bunların en önemlileri şunlardır:

TRAP Kompleksi (Translocon-Associated Protein Complex):

• Belirli proteinlerin translokon aracılığıyla translokasyonunu artıran bir tetramerik kompleks.
• Ribozom ve translokon ile etkileşime girerek daha karmaşık katlanma gereksinimleri olan proteinlerin translokasyonunu kolaylaştırır.

Sec62 ve Sec63 Proteinleri:

• Bu proteinler, belirli post-translasyonel proteinlerin translokasyonuna yardımcı olan bir şaperon sisteminin parçasıdır.
• Özellikle translokasyon tamamlandıktan sonra transloke edilebilecek proteinler için (yani translokasyon sonrası translokasyon) polipeptit zincirinin translokon boyunca yönlendirilmesine yardımcı olurlar.

Sec61 kompleksi** translokonun merkez kanalını oluşturur ve polipeptit zincirlerinin ER membranından geçişinden sorumludur. Kompleks üç alt birimden oluşur:

• Sec61α: Ana gözeneği** oluşturur ve ribozom ile etkileşime girer.
• Sec61β ve Sec61γ: Kompleksi stabilize eder ve diğer translokon-ilişkili proteinlerle etkileşimi kolaylaştırır.

Sec61 tarafından oluşturulan gözenek iki yönde açılabilir:

• Dikey olarak**: Proteinlerin ER lümenine translokasyonuna izin verir.
• Yanal olarak**: Transmembran alanlarının lipid çift tabakasına entegrasyonuna izin vermek.

1. Salgı Yolunun Keşfi (1950’ler)

• George Palade** ve meslektaşları elektron mikroskobu kullanarak endoplazmik retikulumu (ER) ve ribozomlarla ilişkisini keşfettiler. Bu çalışma, proteinlerin ER’de sentezlendiği ve daha sonra diğer hücresel hedeflere taşındığı salgı yolunun ilk göstergesini sağladı. Bu, ER’ye protein translokasyonu mekanizmasının anlaşılması için temel oluşturdu.

2. Sinyal Hipotezi (1971)

• Günter Blobel** ve David Sabatini, salgılanması veya membrana eklenmesi hedeflenen proteinlerin, onları ER’ye yönlendiren bir N-terminal sinyal dizisine sahip olduğunu öne süren sinyal hipotezini önerdi. Bu hipotez, ER’ye protein hedeflemede sinyal dizilerinin rolünün belirlenmesinde kritik öneme sahipti ve translokonun keşfinin öncüsü oldu.

3. Sec61 Kompleksinin Keşfi (1980’ler)

• Sec61 kompleksi**, *translokonun* çekirdek bileşeni olarak tanımlanmıştır. Maya** ve memeli sistemlerinde yapılan çalışmalar, Sec61‘in polipeptitlerin ER membranı boyunca transloke edildiği kanalı oluşturduğunu ortaya koymuştur. Bu keşif, proteinlerin ER’ye nasıl taşındığını anlamada büyük bir atılım sağladı.

4. Translokonun Yeniden Yapılandırılması (1990’lar)

• Günter Blobel** ve meslektaşları, saflaştırılmış Sec61 kompleksi, ribozomlar ve SRP (sinyal tanıma parçacığı) kullanarak protein ileten kanalı başarıyla yeniden oluşturdular. Bu, bilim insanlarının translokonu in vitro olarak incelemelerine olanak sağladı ve kotranslasyonel protein translokasyonunun mekanik detayları hakkında fikir verdi.

5. Translokonun X-ışını Kristalografisi (2004)

• Sec61 translokonunun** yapısı Van den Berg ve meslektaşları grubu tarafından X-ışını kristalografisi ile belirlenmiştir. Bu, translokonun ayrıntılı bir yapısal görünümünü sağlayarak, protein translokasyonu sırasında kanalın nasıl açılıp kapandığını ortaya çıkardı. Transmembran alanlarının lipid çift katmanına yerleştirilmesine izin veren lateral kapının keşfi büyük bir ilerlemeydi.

6. Ek Faktörlerin Rolü (1990’lar-2000’ler)

• SRP reseptörü**, *TRAP kompleksi* ve Sec62/Sec63 gibi ek bileşenlerin keşfi, translokasyon sürecinin başlangıçta düşünülenden daha karmaşık olduğunu vurgulamıştır. Bu bileşenlerin ** translokonun** açılmasını düzenlediği ve post-translasyonel protein taşınmasına yardımcı olduğu bulunmuştur.

7. Yanal Geçit Mekanizması (2000’ler)

• Ayrıntılı biyokimyasal çalışmalar ve yapısal analizler, translokonun transmembran alanların** lipid çift katmanına yerleştirilmesine izin vermek için nasıl yanal olarak açıldığını ortaya çıkardı. Bu, membran proteinlerinin sentezleri sırasında ER membranına nasıl entegre edildiğini açıkladı.

8. Translocon’un Cryo-EM Çalışmaları (2010’lar)

• 2010’lardaki Kriyo-elektron mikroskobu (kriyo-EM) çalışmaları, translokon-ribozom kompleksinin yüksek çözünürlüklü görüntülerini sağlayarak translokonun ribozomla nasıl etkileşime girdiğini ve büyüyen polipeptit zincirini nasıl barındırdığını ortaya çıkardı. Bu, translokonun protein sentezi sırasında dinamik bir şekilde nasıl çalıştığının anlaşılmasını geliştirmiştir.

9. ER Stresinde ve Hastalıkta Translokonun Rolü (2010’lar)

• 2010’lu yıllarda yapılan araştırmalar, translokondaki kusurların ER stresine ve kistik fibroz ve doğuştan gelen glikozilasyon bozuklukları dahil olmak üzere çeşitli hastalıklara katkıda bulunabileceğini de göstermiştir. Bu, translokon işlevini daha geniş hücresel süreçlere ve insan sağlığına bağladı.

1. Blobel, G., & Sabatini, D. D. (1971). “Ribosome-membrane interaction in eukaryotic cells”. Proceedings of the National Academy of Sciences, 68(2), 390-394. https://doi.org/10.1073/pnas.68.2.390
2. Walter, P., & Blobel, G. (1981). “Translocation of proteins across the endoplasmic reticulum III: Signal recognition protein (SRP) causes signal sequence-dependent and site-specific arrest of chain elongation that is released by microsomal membranes”. The Journal of Cell Biology, 91(2), 557-561. https://doi.org/10.1083/jcb.91.2.557
3. Wilkinson, B. M., & Stirling, C. J. (1994). “Ssh1p, a novel component of the Sec61p complex required for protein translocation in yeast”. Journal of Cell Biology, 125(3), 553-563. https://doi.org/10.1083/jcb.125.3.553
4. Johnson, A. E., & van Waes, M. A. (1999). “The translocon: A dynamic gateway at the ER membrane”. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 15(1), 799-842. https://doi.org/10.1146/annurev.cellbio.15.1.799
5. Van den Berg, B., Clemons, W. M., Collinson, I., Modis, Y., Hartmann, E., Harrison, S. C., & Rapoport, T. A. (2004). “X-ray structure of a protein-conducting channel”. Nature, 427(6969), 36-44. https://doi.org/10.1038/nature02218
6. Rapoport, T. A. (2007). “Protein translocation across the eukaryotic endoplasmic reticulum and bacterial plasma membranes”. Nature, 450(7170), 663-669. https://doi.org/10.1038/nature06384
7. Cross, B. C. S., Sinning, I., Luirink, J., & High, S. (2009). “Delivering proteins for export from the cytosol”. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 10(4), 255-264. https://doi.org/10.1038/nrm2657
8. Zimmermann, R., Eyrisch, S., Ahmad, M., & Helms, V. (2011). “Protein translocation across the ER membrane”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes, 1808(3), 912-924. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2010.06.015
9. Shao, S., & Hegde, R. S. (2011). “Membrane protein insertion at the endoplasmic reticulum”. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 27, 25-56. https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-092910-154125
10. Park, E., & Rapoport, T. A. (2012). “Mechanisms of Sec61/SecY-mediated protein translocation across membranes”. Annual Review of Biophysics, 41, 21-40. https://doi.org/10.1146/annurev-biophys-050511-102312
11. Pfeffer, S., Burbaum, L., Unverdorben, P., Pech, M., Chen, Y., Zimmermann, R., & Beckmann, R. (2015). “Structure of the native Sec61 protein-conducting channel”. Nature Communications, 6(1), 8403. https://doi.org/10.1038/ncomms9403