シグナルペプチド

シグナルペプチド（シグナル配列、標的シグナル、局在シグナル、局在配列、トランジットペプチド、リーダー配列、リーダーペプチドと呼ばれることもある）は、分泌経路^[3]に向かうほとんどの新しく合成されたタンパク質のN末端（または非典型的にはC末端^[2]または内部）に存在する短いペプチド（通常16〜30アミノ酸長^）である。これらのタンパク質には、特定の細胞小器官（小胞体、ゴルジ体、またはエンドソーム） 内に存在するもの、細胞から分泌されるもの、またはほとんどの細胞膜に挿入されるものが含まれる。ほとんどのI型膜結合タンパク質はシグナルペプチドを持っているが、ほとんどのII型および多重膜結合タンパク質は、切断されないことを除いて生化学的にシグナル配列に類似する最初の膜貫通ドメインによって分泌経路に標的化される。これらは標的ペプチドの一種である。

シグナルペプチドは、細胞にタンパク質を（通常は細胞膜へ）転座させる働きをする。原核生物では、シグナルペプチドは新しく合成されたタンパク質を、細胞膜に存在する SecYEG タンパク質伝導チャネルに導く。真核生物にも相同システムが存在し、シグナルペプチドは新しく合成されたタンパク質を Sec61 チャネルに導く。Sec61 チャネルは SecYEG と構造的および配列的相同性を共有するが、小胞体に存在する。^{[4] SecYEG チャネルと Sec61 チャネルは両方とも一般に}トランスロコンと呼ばれ、このチャネルを通過することを転座という。分泌タンパク質がチャネルを通過する間に、膜貫通ドメインはトランスロコンの側方ゲートを越えて拡散し、周囲の膜に分配される。

シグナルペプチドの核には、長い疎水性アミノ酸（約 5～16 残基長）^[5]が含まれており、これは単一のアルファヘリックスを形成する傾向があり、「h 領域」とも呼ばれます。さらに、多くのシグナルペプチドは短い正電荷のアミノ酸の連続で始まり、これが、ポジティブインサイドルールとして知られる規則によって、転座中にポリペプチドの適切なトポロジーを強制するのに役立つ可能性があります。 [ ^6] N 末端に近い位置にあるため、 「n 領域」と呼ばれます。シグナルペプチドの末端には通常、シグナルペプチダーゼによって認識され切断されるアミノ酸の連続があり、そのため切断部位と呼ばれます。この切断部位は、シグナルペプチドとして機能する膜貫通ドメインには存在せず、シグナルアンカー配列と呼ばれることもあります。シグナルペプチダーゼは、転座中または転座完了後に切断して、遊離シグナルペプチドと成熟タンパク質を生成します。遊離シグナルペプチドは、その後、特定のプロテアーゼによって消化されます。さらに、異なるターゲット位置は、異なるタイプのシグナルペプチドによって狙われます。たとえば、ミトコンドリア環境を狙うターゲットペプチドの構造は長さが異なり、小さな正電荷と疎水性のストレッチが交互に現れるパターンを示します。核を狙うシグナルペプチドは、タンパク質の N 末端と C 末端の両方に存在し、ほとんどの場合、成熟したタンパク質に保持されます。

原核生物と真核生物の両方において、シグナル配列は翻訳時または翻訳後に作用する可能性があります。

シグナルペプチドがリボソームから出現し、シグナル認識粒子（SRP）によって認識されると、共翻訳経路が開始されます。 ^[7] SRPはその後、さらなる翻訳を停止し（翻訳停止は真核生物でのみ発生します）、シグナル配列-リボソーム-mRNA複合体を、細胞膜（原核生物の場合）またはER（真核生物の場合）の表面に存在するSRP受容体に誘導します。 ^[8]膜標的化が完了すると、シグナル配列がトランスロコンに挿入されます。次に、リボソームはトランスロコンの細胞質面に物理的にドッキングされ、タンパク質合成が再開されます。^[9]

翻訳後経路は、タンパク質合成が完了した後に開始されます。原核生物では、翻訳後基質のシグナル配列は、タンパク質をSecA ATPaseに転送するSecBシャペロンタンパク質によって認識され、次に SecA ATPase はタンパク質をトランスロコンを通して送り出します。翻訳後転座は真核生物で起こることが知られていますが、十分に理解されていません。酵母では、翻訳後転座にはトランスロコンと 2 つの追加の膜結合タンパク質、Sec62とSec63が必要であることが知られています。^[10]

シグナルペプチドは非常に多様であり、原核生物および真核生物のシグナルペプチドの多くは種内または種間で機能的に交換可能であり、すべてがタンパク質分泌効率を決定します。^{[11] [12] [13]}

脊椎動物では、シグナルペプチドをコードするmRNAの領域（シグナル配列コード領域、SSCR）は、特定の活性を持つRNA要素として機能することができます。SSCRは、核mRNAの輸出と小胞体表面への適切な局在を促進します。さらに、SSCRは特定の配列特性を持っています。アデニン含有量が低く、特定のモチーフが豊富で、予想よりも高い頻度で最初のエクソンに存在する傾向があります。 ^{[14] [15]}

シグナルペプチドを持たないタンパク質も、非従来型のメカニズムによって分泌される。例：インターロイキン、ガレクチン。^[16]このような分泌タンパク質が細胞外にアクセスできるプロセスは、非従来型タンパク質分泌（UPS）と呼ばれます。植物では、分泌タンパク質の50％がUPSに依存する可能性があります。^[17]

シグナルペプチドは通常、タンパク質のN末端に位置します。中にはC末端または内部シグナルペプチドを持つものもあります（例：ペルオキシソーム標的シグナルおよび核局在シグナル）。これらの非古典的なシグナルペプチドの構造は、N末端シグナルペプチドとは大きく異なります。^[2]

シグナル ペプチドは、リーダー mRNA によってコード化されるリーダー ペプチドと混同しないでください。ただし、両方とも「リーダー ペプチド」と呼ばれることがあります。これらの他のリーダー ペプチドは、タンパク質の局在化には機能しない短いポリペプチドですが、メイン タンパク質の転写または翻訳を制御し、最終的なタンパク質配列の一部ではありません。このタイプのリーダー ペプチドは、主に細菌に見られる遺伝子制御の形式を指しますが、同様のメカニズムが真核生物の遺伝子の制御に使用され、uORF (上流オープン リーディング フレーム) と呼ばれます。

• タンパク質標的
• ターゲットペプチド
• 地形シーケンス

• 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)におけるシグナル + ペプチド
• SPdb (シグナルペプチドデータベース) 2016-01-22 にWayback Machineにアーカイブされました
• SignalP — さまざまな生物のアミノ酸配列におけるシグナルペプチド切断部位の存在と位置を予測します。