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2 · 第2學期分子生物學翻譯

蛋白質標靶

Protein Targeting

難度 3 · 進階molecular-biologycell-biology想做成互動版

蛋白質標靶的分子機制涉及信號辨識、膜轉運和品質監控三個層面。Blobel(1975, J Cell Biol)預測信號肽的存在,經 Milstein 實驗室的無細胞翻譯系統證實,獲 1999 年諾貝爾獎。

SRP 途徑的結構動態

哺乳動物 SRP 是核糖核蛋白複合體(7SL RNA + SRP9/14/19/54/68/72)。SRP54 的 M domain 結合信號肽疏水核心,NG domain 的 GTPase 調控 cargo 遞交。SRP-ribosome-Sec61 複合體的 cryo-EM 結構(Voorhees et al., 2014, Science)揭示:SRP 結合 ribosome exit tunnel 口,引導新生肽直接穿過 Sec61 的 lateral gate 進入 ER 腔體或插入膜中。SRP 與 SRP receptor 的 reciprocal GTPase activation(Shan et al., 2004, Science)驅動 cargo 轉移——兩個 GTPase 相互刺激水解。

Sec61 Translocon 的結構與功能

Sec61 是 αβγ 異三聚體通道。α 亞基形成沙漏狀通道,中央有 pore ring(hydrophobic residues)和 plug domain 維持封閉。信號肽插入打開 lateral gate → 分泌蛋白穿過通道 → 跨膜蛋白的 TM segment 從 lateral gate 側向離開進入脂雙層。Stop-transfer anchor sequence 和 signal-anchor sequence 決定跨膜蛋白的拓撲方向(Nout vs Nin)。

ER 品質監控與 UPR

Calnexin/calreticulin cycle:N-linked 醣鏈的 glucose trimming 狀態標記折疊進度。UGGT(UDP-glucose glycoprotein glucosyltransferase)作為折疊感受器,將未正確折疊的糖蛋白重新 glucosylate 使其回到 calnexin cycle。持續失敗 → EDEM 辨識 → retro-translocation(HRD1/Sec61)→ p97/VCP 拉出 → 泛素化 → proteasome 降解(ERAD)。

蛋白質折疊壓力觸發 UPR(Unfolded Protein Response)三大分支:IRE1α(XBP1 splicing)、PERK(eIF2α 磷酸化抑制翻譯)、ATF6(切割活化入核)。UPR 的慢性活化與神經退化(Alzheimer's/Parkinson's)、糖尿病(β 細胞 ER stress)和癌症相關。

非經典蛋白質分泌

不含信號肽的蛋白質透過 unconventional protein secretion(UPS)分泌:FGF2 以 PI(4,5)P₂ 依賴方式直接穿膜;IL-1β 經 inflammasome 活化後由 GSDMD(gasdermin D)孔洞釋出;galectin-3 可能透過 MAPS(misfolding-associated protein secretion)或 autophagosome-based 途徑。

文獻參考:Blobel, G. & Dobberstein, B. (1975). J Cell Biol, 67, 835-851. / Voorhees, R.M. et al. (2014). Science, 346, 1258026. / Hetz, C. et al. (2020). Nat Rev Mol Cell Biol, 21, 421-438.

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