Signalsequenzen

Signalsequenzen sind kurze Aminosäuresequenzen am N-terminus vieler Proteine, die ihre bestimme subzelluläre Lokalisierung festlegen. Am häufigsten leiten sie Proteine in den sekretorischen Weg, das endoplasmatische Retikulum (ER) Lumen oder in Membranen des ER, des Golgi-Systems, der Plasmamembran oder lysosomaler Bestandteile. Typisch sind 15 bis 30 Aminosäuren, deren Eigenschaften aus einer positiven N-Region, einem hydrophoben Kern (Hydrophobic core) und einer C-Region mit einem potenziellen Spaltungsort bestehen. Es gibt auch Signalsequenzen, die nicht abgeschliffen werden und stattdessen als Transmembrandomäne fungieren.

Targeting-Mechanismus: Während die Proteinsynthese läuft, bindet das Signal Recognition Particle (SRP) das Signalsekvens und stoppt kurz die Translation. Der SRP-komplex dockt an einen Rezeptor auf der Membran des endoplasmatischen Retikulums (ER) an und überführt das sich neu bildende Protein zum Translokon Sec61. Die weitere Translation setzt sich fort, und das Protein wird in das ER-Lumen oder in die Membran eingeführt. Typische Signalsequenzen werden durch Signalpeptidase entfernt; Proteine, die in der sekretorischen Route verbleiben, können weiter modifiziert werden (Glykosylierung, Faltung) und gelangen über den Golgi-Apparat zu ihrem Bestimmungsort. Nicht alle Signalsequenzen sind abschleifbar; manche dienen als Typ-I/II/III-Membrananker.

Vielfalt und Analyse: Das Spektrum reicht von löslichen Sekretproteinen bis zu membranständigen Proteinen. Moderne Vorhersagewerkzeuge wie SignalP bewerten Wahrscheinlichkeit und mögliche Spaltungsstellen; Experimentell werden Signalsequenzen durch Massenspektrometrie, N-terminus-Analysen oder Mutagenese validiert.

Bedeutung: Fehler in Signalsequenzen können zu Fehllokalisation, verminderter Sekretion oder Erkrankungen führen. Die Entdeckung der SRP-abhängigen Targeting-Mechanismen war grundlegend für das Verständnis der Proteinverteilung in der Zelle.