タンパク質標的

タンパク質の標的化またはタンパク質の選別は、タンパク質を細胞内または細胞外の適切な目的地に輸送する生物学的メカニズムです。 ^{[1] [2] [注 1]タンパク質は、}細胞小器官の内部空間、さまざまな細胞内膜、細胞膜、または分泌を介して細胞の外部に標的化できます。^{[1] [2]}タンパク質自体に含まれる情報が、この送達プロセスを指示します。^{[2] [3]}正しい選別は細胞にとって重要であり、選別のエラーまたは機能不全は多くの疾患に関連付けられています。^{[2] [4] [5]}

1970年、ギュンター・ブローベルは膜を越えたタンパク質輸送の実験を行った。当時ロックフェラー大学の助教授だったブローベルは、同僚のジョージ・パラデの研究を基にした。^[6]パラデは以前に、非分泌タンパク質は細胞質内の遊離リボソームによって翻訳されるのに対し、分泌タンパク質（および標的タンパク質全般）は小胞体に結合したリボソームによって翻訳されることを実証していた。^[6]当時の候補となる説明では、遊離リボソームとER結合リボソームの処理に違いがあるとされていたが、ブローベルは、タンパク質の標的化はリボソームの違いではなく、タンパク質固有の特性によるという仮説を立てた。自分の仮説を裏付けるように、ブローベルは多くのタンパク質が一端に短いアミノ酸配列を持ち、それが細胞内か細胞外かを指定する郵便番号のように機能することを発見した。^[3]彼はこれらの短い配列（一般的に13〜36個のアミノ酸残基）^[1]をシグナルペプチドまたはシグナル配列として記述し、その功績により1999年のノーベル生理学賞を受賞した。 ^[7]

シグナルペプチドは標的シグナルとして機能し、細胞輸送機構がタンパク質を特定の細胞内または細胞外の場所に誘導することを可能にします。シグナルペプチドのコンセンサス配列は特定されていませんが、それでも多くのシグナルペプチドは特徴的な3部構造を持っています。^[1]

1. N 末端付近の正に帯電した親水性領域。
2. シグナルペプチドの中央付近にある 10 ～ 15 個の疎水性アミノ酸の範囲。
3. C 末端付近のわずかに極性のある領域で、通常は切断部位に近い位置にあるより小さな側鎖を持つアミノ酸が優先されます。

タンパク質が目的地に到達した後、シグナルペプチドは通常シグナルペプチダーゼによって切断されます。^[1]そのため、ほとんどの成熟タンパク質にはシグナルペプチドが含まれていません。ほとんどのシグナルペプチドはN末端に見られますが、ペルオキシソームでは標的配列はC末端延長部にあります。^[8]シグナルペプチドとは異なり、シグナルパッチは一次配列では不連続であるが、折り畳みによってタンパク質表面で一緒になるときに機能するようになるアミノ酸残基で構成されています。 ^[9]ほとんどのシグナル配列とは異なり、シグナルパッチはソーティングが完了した後も切断されません。^[10]固有のシグナル配列に加えて、グリコシル化などのタンパク質修飾も特定の細胞内または細胞外領域への標的化を誘導することができます。

リボソームによるmRNAからタンパク質への翻訳は細胞質内で行われるため、分泌または特定の細胞小器官に送られるタンパク質は転座される必要がある。^[11]このプロセスは翻訳中に起こる場合（翻訳共転座と呼ばれる）、または翻訳が完了した後に起こる場合（翻訳後転座と呼ばれる）がある。^[12]

分泌タンパク質と膜結合タンパク質のほとんどは、翻訳と同時に転座する。小胞体（ER）、ゴルジ体、エンドソームに存在するタンパク質も、翻訳と同時に転座する経路を利用する。このプロセスは、タンパク質がリボソーム上で合成されているときに、シグナル認識粒子（SRP）が新生タンパク質のN末端シグナルペプチドを認識することで始まる。 ^[13] SRPが結合すると、リボソームタンパク質複合体が真核生物ではER上の、原核生物では細胞膜上のSRP受容体に転送される間、合成が一時的に停止する。^{[14]そこで、新生タンパク質は、真核生物では}Sec61転座複合体、原核生物では相同のSecYEG複合体で構成される膜結合タンパク質伝導チャネルであるトランスロコンに挿入される。^[15]分泌タンパク質およびI型膜貫通タンパク質では、シグナル配列は、シグナルペプチダーゼによって新生ポリペプチドがER（真核生物）または細胞膜（原核生物）の膜に移行するとすぐに切断されます。II型膜タンパク質および一部のポリトピック膜タンパク質のシグナル配列は切断されないため、シグナルアンカー配列と呼ばれます。ER内では、タンパク質は最初にシャペロンタンパク質によって覆われ、ER内の他のタンパク質の高濃度から保護され、正しく折り畳まれる時間を与えます。^[要出典]折り畳まれたタンパク質は、必要に応じて（たとえば、グリコシル化によって）修飾され、その後、さらなる処理のためにゴルジ体に輸送され、標的細胞小器官に向かうか、さまざまなER保持メカニズムによってER内に保持されます。

膜貫通タンパク質（多くの場合、膜貫通受容体）のアミノ酸鎖は、膜を1回または複数回通過します。これらのタンパク質は、膜アンカーまたはシグナルアンカー配列とも呼ばれる停止転移配列によってプロセスが中断されるまで、転座によって膜に挿入されます。^[16]これらの複雑な膜タンパク質は現在、分泌タンパク質用に開発されたのと同じ標的化モデルを使用して特徴付けられています。ただし、多くの複雑な複数膜貫通タンパク質には、このモデルに適合しない構造的側面が含まれています。7つの膜貫通Gタンパク質共役受容体（ヒトの遺伝子の約5％を占める）には、ほとんどがアミノ末端シグナル配列がありません。分泌タンパク質とは対照的に、最初の膜貫通ドメインは、それらをER膜に標的化する最初のシグナル配列として機能します。これにより、タンパク質のアミノ末端もER膜腔に転座します。この転座は、オプシンを用いた試験管内実験で実証されており、 ^{[17] [18]} ERを標的とする哺乳類タンパク質に常に当てはまる「共翻訳」転座の通常のパターンを破るものである。膜貫通トポロジーとフォールディングのメカニズムの多くはまだ解明されていない。

分泌タンパク質のほとんどは翻訳と同時に転座するが、一部は細胞質で翻訳され、その後翻訳後システムによってER/細胞膜に輸送される。原核生物では、このプロセスにはSecAやSecBなどの特定の補因子が必要であり、2つの膜結合タンパク質であるSec62とSec63によって促進される。^[19] ER膜に埋め込まれたSec63複合体はATPの加水分解を引き起こし、シャペロンタンパク質が露出したペプチド鎖に結合してポリペプチドをER腔に滑り込ませる。腔に入ると、ポリペプチド鎖は適切に折り畳まれる。このプロセスは、細胞質にある折り畳まれていないタンパク質でのみ発生する。^[20]

さらに、ミトコンドリア、葉緑体、ペルオキシソームなどの他の細胞目的地に標的化されたタンパク質は、特殊な翻訳後経路を使用します。核を標的としたタンパク質も、核膜孔を介して核局在シグナル（NLS）の付加を通じて翻訳後に転座され、核膜の通過を促進します。^[21]

ミトコンドリア内のタンパク質の一部は細胞小器官内のミトコンドリア DNAに由来しますが、ほとんどのミトコンドリアタンパク 質は、取り込みペプチドシグナルを含む細胞質前駆体として合成されます。^{[22] [23] [24] [25]}ミトコンドリアを標的とする細胞質シャペロンhsp70によって結合した折り畳まれていないタンパク質は、その配列に応じて 4 つの異なる領域に局在する可能性があります。 ^{[2] [25] [26]これらは、}ミトコンドリアマトリックス、外膜、膜間腔、または内膜を標的とする可能性があります。これらのプロセスの 1 つまたは複数の欠陥は、健康や病気に関連しています。^[27]

ミトコンドリアマトリックスに向かうタンパク質は、その先頭（N末端）に、20～50個のアミノ酸の列からなる特定のシグナル配列を持っています。これらの配列は、タンパク質をミトコンドリア内の正しい場所に導く受容体と相互作用するように設計されています。配列は、水を好む（親水性）アミノ酸と水を避ける（疎水性）アミノ酸のクラスターを持つユニークな構造を持ち、両親媒性と呼ばれる二重の性質を持っています。これらの両親媒性配列は通常、片側に荷電アミノ酸、反対側に疎水性アミノ酸があるらせん形（アルファヘリックス）を形成します。この構造的特徴は、タンパク質をマトリックスに導く配列が正しく機能するために不可欠です。この二重の性質を乱す変異が発生すると、タンパク質は目的の目的地に到達できないことがよくありますが、配列のすべての変更がこの効果をもたらすわけではありません。これは、タンパク質がミトコンドリアマトリックスに正しく標的化されるために両親媒性の特性が重要であることを示しています。^[28]

ミトコンドリアマトリックスに標的化されたタンパク質は、まずN末端に位置するマトリックス標的配列と外膜輸入受容体複合体TOM20/22との間の相互作用を伴います。^{[2] [23] [29]}さらに内部配列と細胞質 シャペロンがTOM70にドッキングします。^{[2] [23] [29]}ここで、TOMは外膜トランスロカーゼの略語です。マトリックス標的配列が輸入受容体に結合すると、TOM40として知られる一般輸入コア（GIP）へのポリペプチドの引き渡しがトリガーされます。^{[2] [23] [29]}次に一般輸入コア（TOM40）は、ポリペプチド鎖を膜間腔を通してミトコンドリア内膜に位置する別のトランスロカーゼ複合体TIM17/23/44に送り込みます。^{[2] [24] [25] [30]}これには、ミトコンドリアに入る前に折り畳まれていない状態を維持する細胞質 シャペロンの必要な放出が伴います。ポリペプチドがマトリックスに入ると、シグナル配列は処理ペプチダーゼによって切断され、残りの配列はミトコンドリアシャペロンによって結合され、適切な折り畳みと活性を待ちます。^{[25] [26]}細胞質から膜間腔、そしてマトリックスへのポリペプチドの押し引きは、酸化的リン酸化中にミトコンドリアによって確立される電気化学的勾配によって達成されます。^{[1] [24] [25] [26]}ここで、代謝で活性なミトコンドリアは、マトリックス内に負の電位と膜間腔に正の電位を生成します。 ^{[25] [31]}マトリックス内のこの負の電位が、標的配列の正に帯電した領域を目的の場所に向けます。

ミトコンドリアタンパク質の内膜への標的化は、全体の配列に応じて3つの異なる経路をたどる可能性がありますが、外膜からの進入は、輸入受容体複合体TOM20/22とTOM40一般輸入コアを使用して同じままです。^{[2] [24]}内膜に標的化されたタンパク質の最初の経路は、マトリックスに指定されたものと同じステップをたどります。この経路には、ポリペプチドを、前述のトランスロカーゼ複合体TIM17/23/44を含む内膜複合体に導くマトリックス標的化配列が含まれています。 ^{[2] [24] [25]}ただし、違いは、マトリックスではなく内膜に指定されているペプチドには、ストップトランスファーアンカー配列と呼ばれる上流配列が含まれていることです。^{[2]このストップトランスファーアンカー配列は疎水性領域であり、内膜の}リン脂質二重層に埋め込まれ、ミトコンドリアへのさらなる転座を防ぎます。^{[24] [25]}内膜を標的とするタンパク質の2番目の経路は、マトリックス局在経路に完全に従う。しかし、停止-転移-アンカー配列の代わりに、マトリックス内に入るとOxa-1と呼ばれる内膜タンパク質と相互作用し、それを内膜に埋め込む別の配列を含む。^{[2] [24] [25]}内膜を標的とするミトコンドリアタンパク質の3番目の経路は、他の経路と同じように外膜に入るが、この経路は、膜間空間で複合体TIM9/10の助けを借りてトランスロカーゼ複合体TIM22/54を利用し、入ってくるペプチドを膜に固定する。^{[2] [24] [25]}この最後の経路のペプチドには、マトリックス標的配列は含まれておらず、代わりにいくつかの内部標的配列が含まれている。

代わりに前駆体タンパク質がミトコンドリアの膜間腔に指定されている場合、認識される配列に応じて2つの経路が発生する可能性があります。膜間腔への最初の経路は、内膜標的タンパク質の場合と同じ手順に従います。ただし、内膜に結合すると、アンカーされたタンパク質のC末端はペプチダーゼによって切断され、プレタンパク質が膜間腔に解放され、活性状態に折り畳まれるようになります。^{[2] [25]}この経路に従うタンパク質の最も優れた例の1つはシトクロムb2であり、切断されるとヘム補因子と相互作用して活性化します。^{[2] [32]} 2番目の膜間腔経路は内膜複合体を一切利用しないため、マトリックス標的化シグナルは含まれません。代わりに、一般的なインポートコアTOM40を介して入り、膜間腔でさらに修飾されて活性コンフォメーションを実現します。 TIM9/10は、内膜への標的化を助けるために必要な位置に移動するためにこの経路に従うタンパク質の例です。^{[2] [25] [33]}

外膜標的化は、前駆体タンパク質と外膜トランスロカーゼ複合体との相互作用を伴い、内部標的配列を介して前駆体タンパク質を膜に埋め込み、リン脂質二重層をまたぐ疎水性αヘリックスまたはβバレルを形成する。 ^{[2] [24] [25]}これは、前駆体タンパク質の内部配列に応じて2つの異なる経路で発生する可能性がある。前駆体タンパク質にαヘリックスを形成できる内部疎水性領域が含まれている場合、前駆体タンパク質はミトコンドリア輸入複合体（MIM）を利用して膜に横方向に転送される。^{[24] [25]} βバレル形成タンパク質と相関する疎水性内部配列を含む前駆体タンパク質の場合、それらは前述の外膜複合体TOM20/22から膜間空間に輸入される。ここで、それらはTIM9/10膜間空間タンパク質複合体と相互作用し、外膜に存在する選別および組み立て機構（SAM）に転送され、標的タンパク質をβバレルとして横方向に置換します。^{[24] [25]}

葉緑体は、一部の成分を生成するための独自の DNA を含むという点でミトコンドリアに似ています。しかし、そのタンパク質の大部分は翻訳後転座によって得られ、核遺伝子から生じます。タンパク質は、その配列に応じて、外膜、内膜、間質、チラコイド腔、チラコイド膜など、葉緑体のいくつかの部位に標的化される場合があります。^[2]タンパク質は、細菌タンパク質転座に関連するメカニズムによってチラコイドに標的化されます。^[28]葉緑体のエンベロープに標的化されたタンパク質は通常、切断可能な選別配列を欠いており、膜選別複合体によって側方に置き換えられます。大部分のプレタンパク質の一般的な輸入には、葉緑体エンベロープ内に位置するToc および Tic 複合体を介した細胞質からの転座が必要です。ここで、Toc は外葉緑体エンベロープのトランスロカーゼの略語であり、Tic は内葉緑体エンベロープのトランスロカーゼです。 Toc複合体の機能を構成するタンパク質は少なくとも3つあります。そのうちの2つ、Toc159とToc34は、間質輸入配列のドッキングを担い、どちらもGTPase活性を持っています。3つ目はToc 75と呼ばれ、Toc159/34によって認識されたプレタンパク質を葉緑体に送り込む実際の転座チャネルです。^[34]

間質への標的化には、プレタンパク質が、外膜からToc複合体によって転座された際に内膜のTic複合体によって認識される間質輸入配列を有することが必要である。Tic複合体は、内膜を横切る転座チャネルを形成するために必要な少なくとも5つの異なるTicタンパク質から構成される。^[35]間質に送達されると、間質輸入配列はシグナルペプチダーゼによって切断される。間質へのこの送達プロセスは、タンパク質輸入を促進するためにミトコンドリアで確立される膜貫通電気化学的勾配ではなく、間質HSPシャペロンを介したATP加水分解によって促進されることが現在知られている。^{[34]葉緑体内でのさらなる選別は、}チラコイド膜やチラコイド腔に指定されるような追加の標的配列に依存する。

タンパク質がチラコイド腔に標的化される場合、これは細菌のタンパク質輸送メカニズムによく似た 4 つの異なる既知の経路を介して発生する可能性があります。取られる経路は、間質に送達されるタンパク質が折り畳まれていない状態か金属結合折り畳まれた状態かによって異なります。どちらの場合も、チラコイド標的配列が含まれ、腔に入ると切断されます。間質へのタンパク質の輸入は ATP によって駆動されますが、折り畳まれた状態の金属結合タンパク質がチラコイド腔に移動する経路は pH 勾配によって駆動されることが示されています。

チラコイド膜に結合するタンパク質は、対応する図に示されている最大 4 つの既知の経路をたどります。これらは、間質リボソームと SecY/E 膜貫通複合体を利用する共翻訳挿入経路、SRP 依存経路、自発的挿入経路、または GET 経路をたどる可能性があります。3 つのうち最後の経路は、核遺伝子から発生する翻訳後経路であり、したがってチラコイド膜を標的とするタンパク質の大部分を構成します。生化学および分子生物学ジャーナルの最近のレビュー記事によると、正確なメカニズムはまだ完全には理解されていません。

多くのタンパク質は、ミトコンドリアと葉緑体の両方に必要です。^[36]一般に、デュアルターゲティングペプチドは、2つの特定のペプチドの中間の特性を持っています。これらのタンパク質のターゲティングペプチドは、塩基性アミノ酸と疎水性 アミノ酸の含有量が高く、負に帯電したアミノ酸の含有量が低くなっています。アラニンの含有量は低く、ロイシンとフェニルアラニンの含有量は高くなっています。デュアルターゲットタンパク質は、ミトコンドリアと葉緑体の両方のターゲティングペプチドよりも疎水性のターゲットペプチドを持っています。しかし、ペプチドの生理化学的特性に基づいて、ペプチドがデュアルターゲットであるかどうかを予測するのは面倒です。

細胞の核は2層からなる核膜に囲まれており、内層は染色体と核ラミナの構造的支持と固定の役割を果たしている。^[16]外層は小胞体（ER）膜に似ている。この膜には核孔があり、約30種類のタンパク質から構成される複雑な構造となっている。^[16]これらの孔は、核への分子の流入と核からの分子の流出を制御する選択ゲートとして機能する。

小さな分子は問題なくこれらの孔を通過できますが、核に向かうRNAやタンパク質などのより大きな分子は、通過するために特定のシグナルを必要とします。^[20]これらのシグナルは核局在シグナルとして知られており、通常はリジンやアルギニンなどの正に帯電したアミノ酸を豊富に含む短い配列で構成されています。^[16]

核輸入受容体と呼ばれるタンパク質はこれらのシグナルを認識し、核孔を埋める無秩序な網目状のタンパク質と相互作用することで、大きな分子を核孔を通して誘導します。^[16]このプロセスは動的であり、受容体は分子を網目構造を通して核に到達するまで移動させます。^[20]

一旦内部に入ると、GTPase酵素Ranと呼ばれる2つの異なる形態（1つはGTPに結合し、もう1つはGDPに結合）で存在することができ、核内の貨物の放出を促進し、受容体を細胞質に戻します。^{[16] [20]}この輸送のエネルギーは、RanによるGTPの加水分解から得られます。同様に、核輸出受容体は、異なるシグナルを使用してタンパク質とRNAを核から移動させ、Ranのエネルギー変換も利用します。^[16]

全体的に、核膜孔複合体は高分子を高速で輸送するために効率的に機能し、タンパク質が折り畳まれた状態で移動し、リボソーム成分が完全な粒子として移動することを可能にします。これは、タンパク質が他のほとんどの細胞小器官に輸送される方法とは異なります。^[16]

小胞体（ER）は真核細胞におけるタンパク質の合成と分布において重要な役割を果たしている。ERは広大な膜ネットワークであり、タンパク質はここで処理され、ER自体、細胞表面、ゴルジ体、エンドソーム、リソソームなどの他の細胞小器官を含むさまざまな目的地へと振り分けられる。^[16]他の細胞小器官を標的とするタンパク質とは異なり、ERに向かうタンパク質は、まだ作られている間に膜を通過し始める。^{[20] [16]}

ERに移動するタンパク質には2種類あります。ER腔に完全に侵入する水溶性タンパク質と、ER膜を部分的に侵入して埋め込まれる膜貫通タンパク質です。^[20]これらのタンパク質は、ERシグナル配列（疎水性アミノ酸の短い配列）の助けを借りてERに到達します。^[16]

ER に入るタンパク質はリボソームによって合成される。細胞内には 2 組のリボソームが存在する。ER に結合しているもの (ER が「ざらざら」に見える) と細胞質に自由に浮遊しているものである。どちらの組も同一であるが、特定の瞬間に合成するタンパク質が異なっている。^{[16] [20]} ER シグナル配列を持つタンパク質を生成しているリボソームは ER 膜に付着し、転座プロセスを開始する。このプロセスは、成長するタンパク質鎖自体が伸長するにつれて ER 膜を押し通るため、エネルギー効率が高い。^[16]

mRNAがタンパク質に翻訳されると、複数のリボソームがそれに付着し、ポリリボソームと呼ばれる構造を形成する。^[16] mRNAがERシグナル配列を持つタンパク質をコードしている場合、ポリリボソームはER膜に付着し、タンパク質は合成されながらERに入り始める。^{[20] [16]}

真核細胞内のタンパク質合成の過程では、小胞体（ER）に送られるか細胞外に分泌される可溶性タンパク質は、2つの部分からなるシステムによってERに導かれる。まず、細胞質内のシグナル認識粒子（SRP）が、出現するタンパク質のERシグナル配列とリボソーム自体に付着する。^[16]次に、ER膜にあるSRP受容体がSRPを認識して結合する。この相互作用により、SRPとribsの複合体がER上のSRP受容体に結合するまで、タンパク質合成が一時的に遅くなる。^{[16] [20]}

この結合が起こると、SRP が解放され、リボソームは ER 膜のタンパク質トランスロケーターに転送され、タンパク質合成が継続されます。^{[16] [20]}次に、タンパク質のポリペプチド鎖がトランスロケーターのチャネルを通って ER 腔に送られます。通常、ポリペプチド鎖の先頭 (N 末端) にあるタンパク質のシグナル配列は、2 つの役割を果たします。リボソームを ER​​ に誘導するだけでなく、トランスロケーターの開口を引き起こします。^[16]タンパク質がトランスロケーターを通過すると、シグナル配列は結合したままになり、残りのタンパク質はループとして通過します。次に、ER 内のシグナルペプチダーゼがシグナル配列を切断し、その後、シグナル配列は ER 膜の脂質二重層に捨てられ、分解されます。^{[16] [20]}

最後に、タンパク質の最後の部分（C末端）がトランスロケーターを通過すると、可溶性タンパク質全体がER腔に放出され、そこで折り畳まれてさらなる修飾を受けるか、最終目的地に輸送される。^{[16] [20]}

膜貫通タンパク質は、ER 腔に放出されるのではなく、部分的に ER 膜に組み込まれており、複雑な組み立てプロセスを持っています。^{[16] [20]}初期段階は可溶性タンパク質と同様です。シグナル配列が ER 膜への挿入を開始します。ただし、このプロセスは停止転移配列 (一連の疎水性アミノ酸) によって中断され、これによりトランスロケーターが停止し、タンパク質が膜の横方向に放出されます。^{[16] [20]}これにより、片方の端が ER 腔内に、もう一方の端が細胞質内にある単一パス膜貫通タンパク質が生成され、この方向は永続的になります。^[16]

いくつかの膜貫通タンパク質はN末端のシグナルの代わりに内部シグナル（開始転移配列）を使用し、最初のシグナル配列とは異なり、この開始転移配列は削除されません。^{[16] [20]}これにより転移プロセスが開始され、停止転移配列に遭遇するまで継続され、その時点で両方の配列がαヘリックスセグメントとして膜に固定されます。^[16]

膜を複数回貫通するより複雑なタンパク質では、ミシンのようにタンパク質を膜に織り込むために、追加の開始および停止転移配列のペアが使用されます。各ペアにより、新しいセグメントが膜を通過できるようになり、タンパク質の構造が追加され、ER膜の内側と外側のセグメントが正しい配置で適切に埋め込まれます。^[16]

ペルオキシソームには、同化作用と異化作用に関与する多種多様なタンパク質と酵素を含むペルオキシソームマトリックスを取り囲む単一のリン脂質二重層が含まれています。ペルオキシソームは、分子状酸素を使用して特定の酸化反応を実行する特殊な細胞小器官です。その主な機能は、有機分子から水素原子を除去することであり、このプロセスにより過酸化水素( H ₂ O ₂ ) が生成されます。^{[37] [20]ペルオキシソーム内では、}カタラーゼと呼ばれる酵素が重要な役割を果たします。カタラーゼは、前の反応で生成された過酸化水素を使用して、フェノール、ギ酸、ホルムアルデヒド、アルコールなど、さまざまな他の物質を酸化します。^{[37] [20]}これは「過酸化」反応として知られています。^[20]

ペルオキシソームは、肝臓と腎臓の細胞において、血流に入る有害物質を解毒するために特に重要です。例えば、私たちが摂取するエタノールの約25%をアセトアルデヒドに酸化する役割を担っています。^{[37]さらに、ペルオキシソーム内のカタラーゼは、過剰な過酸化水素を水と酸素に分解し、} H ₂ O ₂の蓄積による潜在的な損傷を防止します。^{[37] [20]}ミトコンドリアや葉緑体のような内部DNAを含まないため、ペルオキシソームタンパク質はすべて核遺伝子によってコード化されています。^[38]現在までに、2種類のペルオキシソーム標的シグナル（PTS）が知られています。

1. ペルオキシソーム標的シグナル1（PTS1）：コンセンサス配列（S/A/C）-（K/R/H）-（L/A）を持つC末端トリペプチド。最も一般的なPTS1はセリン-リジン-ロイシン（SKL）です。^{[37]このコンセンサスの発見につながった最初の研究では、ホタルルシフェラーゼが培養昆虫細胞で発現されると、ペルオキシソームに標的化されることが観察されました。発現した}ルシフェラーゼをコードする遺伝子のさまざまな変異をテストすることにより、コンセンサス配列が決定されました。^[39]また、SKLのこのC末端配列を細胞質タンパク質に追加すると、ペルオキシソームへの輸送の標的になることもわかっています。ペルオキシソームマトリックスタンパク質の大部分は、このPTS1タイプのシグナルを持っています。
2. ペルオキシソーム標的シグナル2（PTS2）：N末端近くに位置するノナペプチドで、コンセンサス配列（R/K）-（L/V/I）-XXXXX-（H/Q）-（L/A/F）（Xは任意のアミノ酸）を持つ。^[37]

これらのシグナルをどちらも持たないタンパク質も存在する。それらの輸送は、いわゆる「ピギーバック」メカニズムに基づいている可能性がある。このようなタンパク質は、PTS1を持つマトリックスタンパク質と関連し、それらとともにペルオキシソームマトリックスに輸送される。^[40]

PTS1 C末端配列で生成される細胞質タンパク質の場合、ペルオキシソームマトリックスへの経路は、pex5（ペルオキシン5）と呼ばれる別の細胞質タンパク質への結合に依存します。^[41]結合すると、pex5はペルオキシソーム膜タンパク質pex14と相互作用して複合体を形成します。結合したカーゴを持つpex5タンパク質がpex14膜タンパク質と相互作用すると、複合体は標的タンパク質のマトリックスへの放出を誘導します。カーゴタンパク質がマトリックスに放出されると、 pex2、 pex12、およびpex10を含む膜複合体によるユビキチン化を介してpex5がpex14から解離し、続いて細胞質タンパク質複合体pex1とpex6が関与するATP依存性の除去が起こります。^{[42] ATP依存性の}ユビキチン除去後、pex5を介したペルオキシソームマトリックスへの輸入のサイクルが回復し、PTS1配列を含む別のタンパク質と自由に結合できるようになります。^[41] PTS2標的配列を含むタンパク質は異なる細胞質タンパク質によって媒介されるが、PTS1配列を含むタンパク質と同様のメカニズムに従うと考えられている。^[37]

以下の遺伝性疾患ではタンパク質輸送に欠陥があります。

• モール・トラネビャルグ症候群^[30]
• ゼルウィガー症候群^[37]
• 副腎白質ジストロフィー（ALD）。
• レフサム病
• パーキンソン病^[43]
• 高コレステロール血症、動脈硬化、肥満、糖尿病^[4]

上で述べたように (タンパク質の転座を参照)、ほとんどの原核生物の膜結合タンパク質および分泌タンパク質は、細菌の SRP を使用する共翻訳経路、または SecA と SecB を必要とする翻訳後経路のいずれかによって、細胞膜に標的化されます。細胞膜では、これらの 2 つの経路がタンパク質を SecYEG トランスロコンに輸送して転座させます。細菌は、単一の細胞膜 (グラム陽性細菌) または内膜とペリプラズムで区切られた外膜(グラム陰性細菌) を持つ場合があります。細胞膜以外に、原核生物の大部分には真核生物に見られる膜結合細胞小器官がありませんが、ガス小胞や貯蔵顆粒などのさまざまな種類の封入体上にタンパク質を組み立てることができます。

グラム陰性細菌では、タンパク質は細胞膜、外膜、ペリプラズムに取り込まれるか、または環境に分泌されます。細菌の外膜を越えてタンパク質を分泌するシステムは非常に複雑で、病原性において重要な役割を果たします。これらのシステムは、I 型分泌、II 型分泌などとして説明できます。

ほとんどのグラム陽性細菌では、特定のタンパク質が細胞膜を越えて輸出され、続いて細菌細胞壁に共有結合する。特殊な酵素であるソルターゼは、タンパク質の C 末端近くの LPXTG モチーフ (X は任意のアミノ酸) などの特徴的な認識部位で標的タンパク質を切断し、タンパク質を細胞壁に移す。同様に、細胞質外面の特徴的なモチーフ、C 末端膜貫通ドメイン、およびタンパク質の C 末端の細胞質面の塩基性残基のクラスターを特徴とする類似のシステムがいくつか見つかっている。多くのグラム陰性細菌で見られるPEP-CTERM/エキソソルターゼシステムは、細胞外高分子物質の生成に関連していると思われる。古細菌の PGF-CTERM/アーキオソルターゼ A システムは、S 層の生成に関連している。 Shewanella、Vibrio、およびその他のいくつかの属に見られる GlyGly-CTERM/rhombosortase システムは、プロテアーゼ、ヌクレアーゼ、およびその他の酵素の放出に関与しているようです。

• Minimotif Minerは、既知のタンパク質標的配列モチーフのタンパク質配列クエリを検索するバイオインフォマティクス ツールです。
• Phobius は、提供された一次配列に基づいてシグナル ペプチドを予測します。
• SignalP はシグナルペプチドの切断部位を予測します。
• LOCtree Archived 2021-12-21 at the Wayback Machineは、タンパク質の細胞内局在を予測します。

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• 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)のタンパク質+輸送