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Membranproteine

Sortiersignale für das protein targeting

Ebenso wie Signale zum Transport eines Proteins in das endoplasmatische Retikulum oder zur Orientierung des Proteins in der Membran enthält die Aminosäure-Sequenz eines Proteins Informationen über das Kompartiment, in das dieses Protein transportiert werden soll - Zellkern, Peroxisom, Lysosom o.a. Es gibt eine ganze Reihe von Sortiersignalen - bei lysosomalen Proteinen ist es z.B. ein Mannose-6-phosphat-Rest, der sie für den Transport in das Lysosom kennzeichnet. Die Erkennung und Bindung dieser Proteine findet im Trans-Golgi-Netzwerk (TGN) statt.

In vielen Fällen sind die transmembranen Domänen für den Bestimmungsort eines Proteins relevant, dies gilt aber nicht für alle Proteine, denn bei einigen Proteinen kann die transmembrane Domäne ohne Wirkung auf die Lokalisation des Proteins ausgetauscht werden. Zwei Eigenschaften der transmembranen Domänen scheinen dabei eine besonders wichtige Rolle beim protein sorting zu spielen:

  1. die Länge der transmembranen Domäne im Verhältnis zum Durchmesser der Lipiddoppelschicht. Ein Protein wird im Golgi-Apparat zurückgehalten, wenn die transmembrane Domäne zu kurz ist, um eine Membran zu durchspannen. Da die Lipiddoppelschicht dicker wird, je näher die Membran im exocytotischen Transportgeschehen an die Plasmamembran herankommt (durch den zunehmenden Anteil an Cholesterol in der Membran), bleiben mehr Proteine mit kurzen transmembranen Domänen auf diesem Weg hängen. Die Aminosäure-Sequenz der transmembranen Domäne ist dabei mehr oder weniger austauschbar.
  2. die Fähigkeit, oligomere Strukturen zu bilden oder deren Bildung zu fördern. Bei einigen Proteinen des Golgi-Apparates ist auch die Sequenz der transmembranen Domäne für die Lokalisation relevant, da diese die Fähigkeit zur Oligomerisierung beinhaltet. Experimentell lässt sich zeigen, dass nach dem Austausch eines polaren Restes in der transmembranen Domäne der β-1,4-Galactosyltransferase (GalT) dieses Protein nicht mehr im Golgi-Apparat zurückgehalten werden kann. Die Mutation dieses polaren Restes verhindert die Oligomerisierung der GalT, und ohne Oligomerbildung wird das Protein weitertransportiert.
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