Signalsequenz

Eine Signalsequenz ist ein Bestandteil eines Proteins, der Informationen darüber enthält, wie und wohin dieses Protein innerhalb der Zelle transportiert werden soll. Nach der Proteinbiosynthese eines Proteins dient die Signalsequenz quasi als Postleitzahl.

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Proteine, die für den Transport in das Endoplasmatische Retikulum (ER) bestimmt sind, besitzen in ihrer Aminosäuresequenz ein Signal, das sie spezifisch zur ER-Membran zielleitet (Signalhypothese: Günter Blobel und Dobberstein 1975). Bei sekretorischen Proteinen besteht das Signal aus einem 15 bis 40 Aminosäuren langen N-terminal lokalisierten Signalpeptid, die auch Signalsequenz heißt. Obwohl die Primärstruktur der Signalsequenz nicht konserviert ist, können drei verschiedene Bereiche unterschieden werden: ein zentraler hydrophober Kern wird N-terminal von positiv geladenen Aminosäuren und C-terminal von polaren Aminosäuren flankiert. In den meisten Fällen wird die Signalsequenz nach dem Membrandurchtritt proteolytisch vom eigentlichen Protein abgespalten durch Signalpeptidase. Die Schnittstelle wird dabei durch kleine Aminosäurereste in den Positionen −3 und −1 der C-terminalen polaren Region der Signalsequenz definiert.

In der Hefe Saccharomyces cerevisiae wurde gezeigt, dass die Signalsequenz nicht nur den Transportprozess initiiert, sondern auch festlegt, wie das entsprechende Protein ins ER transportiert wird. Man unterscheidet zwischen einem cotranslationalen Proteintransport, bei dem Proteine während ihrer Synthese an membrangebundenen Ribosomen durch die Membran gelangen, und einem posttranslationalen Proteintransport, bei dem zuerst vollständig im Cytoplasma synthetisierte Proteine durch die Membran transportiert werden. Proteine mit hydrophoberen Signalsequenzen werden bevorzugt cotranslational und Proteine mit hydrophileren Signalsequenzen überwiegend posttranslational transportiert. Bei Membranproteinen, die keine Signalsequenz besitzen, übernimmt gewöhnlich die erste Transmembrandomäne die Funktion der Signalsequenz. Das auch als Signalankersequenz bezeichnete Segment zeichnet sich durch einen längeren hydrophoben Kernbereich, sowie eine fehlende Signalpeptidaseschnittstelle gegenüber der normalen Signalsequenz aus. Der Großteil der Proteine, die zum ER transportiert werden, besitzt N-terminal orientierte Signal- oder Signalankersequenzen. Jedoch gibt es auch integrale Membranproteine, die ohne N-terminale Signalsequenz in die ER-Membran inseriert werden. Bei diesen Proteinen erfolgt die Erkennung über ein C-terminal gelegenes hydrophobes Segment. Wie diese Proteine in die ER-Membran inserieren, ist bisher jedoch noch nicht geklärt.