Jalur translokasi arginina-kembar

TatA/B/E
Identifikasi
SimbolMttA_Hcf106
PfamPF02416
InterProIPR003369
TCDB2.A.64
OPM superfamily63
OPM protein2l16

Jalur translokasi arginina-kembar, dikenal juga sebagai jalur Tat, adalah mekanisme ekspor protein atau jalur sekresi yang ditemukan di tumbuhan, bakteri, dan arkea. Berbeda dengan jalur Sec yang mentransportasikan protein dalam bentuk struktur primer, jalur Tat berperan dalam translokasi protein terlipat melewati dwilapis lipid membran plasma. Pada tumbuhan, translokase Tat terletak di membran tilakoid dari kloroplas dan berperan untuk mengirim protein ekspor ke lumen tilakoid. Pada bakteri, translokase Tat ditemukan di membran sitoplasma dan berperan untuk mengirim protein ke selubung sel atau ke ruang ekstrasel.[1] Sejumlah penelitian mengusulkan adanya kemungkinan translokase Tat pada mitokondria tumbuhan.[2][3] Kemampuan mekanis utama jalur ini adalah transpor protein terlipat melalui membran yang ketat terhadap ion. Hal tersebut sangat sulit dilakukan. Bahkan, hanya ada satu sistem transpor protein lain yang mampu melakukan hal serupa, yakni jalur impor peroksisom.[4]

TatC
Identifikasi
SimbolTatC
PfamPF00902
InterProIPR002033
TCDB2.A.64
OPM superfamily63
OPM protein4b4a

Pada membran tilakoid tumbuhan dan bakteri gram-negatif, translokasi Tat terdiri dari tiga protein membran esensial: TatA, TatB, dan TatC. Pada jalur Tat yang paling banyak dipelajari, jalur milik bakteri gram-negatif Escherichia coli, ketiga protein diekspresikan dari sebuah operon dengan protein Tat keempat, yakni TatD. Protein TatD sendiri tidak diperlukan dalam menjalankan fungsi jalur Tat. Protein Tat kelima, TatE, bersifat homolog terhadap protein TatA dalam jumlah yang sangat rendah dibanding TatA. Sejauh ini, peneliti menganggap TatE tidak memiliki peran yang signifikan dalam jalur Tat.

Jalur Tat pada bakteri gram-positif tidak memiliki komponen TatB, melainkan hanya TatA dan TatC saja. Protein TatA pada bakteri gram-positif bersifat dwifungsi sehingga dapat berperan seperti TatA sekaligus TatB pada E. coli.[5]

Persinyalan

Nama jalur Tat merujuk kepada motif arginina-kembar yang sangat terkonservasi (S/TRRXFLK). Motif ini ditemukan di ujung-N dari peptida sinyal protein penumpang yang bersangkutan.[6] Peptida sinyal akan dibuang dengan peptidase sinyal setelah pelepasan protein yang hendak ditranspor dari kompleks Tat.[7] Setidaknya ada dua molekul TatC yang eksis berdampingan dengan tiap translokator Tat.[8][9] Banyak studi yang menemukan bahwa arginina-kembar memiliki peran yang krusial terhadap fungsi peptida sinyal, sementara mutasi di residu motif lain tidak terlalu berdampak pada transpor protein.[10] Namun, perlu diingat bahwa motif arginina-kembar juga terdapat pada sekuens yang ditujukan untuk ditranspor melalui jalur Sec.[11] Peptida sinyal untuk jalur Tat umumnya lebih hidrofilik pada daerah h dibandingkan peptida sinyal yang ditujukan untuk jalur Sec. Bahkan, peningkatan hidrofobisitas pada daerah tersebut dapat menyebabkan sekuens diarahkan ke jalur Sec.[12] Daerah c dari peptida sinyal arginina-kembar juga mengandung asam amino basa. Keberadaan asam amino basa memang bukan syarat pengenalan mekanisme Tat, tetapi sejumlah eksperimen menunjukkan keberadaan asam amino basa menghasilkan keenganan interaksi dengan jalur Sec.[12][13][14] Faktor ini bisa digunakan untuk memprediksi apakah suatu sekuens ditujukan ke jalur Sec atau ke jalur Tat dengan program bioinformatika.[15][16][17][18]

Salah satu aspek menarik dari jalur Tat adalah kemampuannya untuk mengirim protein tanpa sekuens sinyal.[19] Hal tersebut dimungkinkan dengan cara membentuk kompleks dengan subunit partner dari ujung-N peptida sinyal arginina-kembar (sering disebut hitchhiking/menumpang).[20] Salah satu protein yang menggunakan mekanisme ini adalah subunit besar dari enzim hidrogenase terekspor. Mereka menempel erat ke subunit yang lebih kecil (memiliki peptida sinyal), misalnya HyaA.[20][21]

Peran di berbagai mahkluk hidup

Patogen

Tidak semua bakteri memiliki gen tatABC di genom mereka.[22] Namun, bagi bakteri yang memilikinya, tidak ada perbedaan antara gen tatABC milik patogen dan nonpatogen. Beberapa bakteri patogen membutuhkan jalur Tat yang fungsional untuk dapat menginfeksi inangnya dengan maksimal, misalnya Pseudomonas aeruginosa, Legionella pneumophila, Yersinia pseudotuberculosis, dan E. coli O157:H7. Selain itu, sejumlah faktor virulensi yang dikeluarkan bakteri patogenik juga bergantung pada jalur Tat. Misalnya enzim fosfolipase C yang dikeluarkan menggunakan jalur Tat di Pseudomonas aeruginosa. Mycobacterium tuberculosis juga diduga menggunakan jalur Tat untuk mengeluarkan enzim fosfolipase C.

Eukariota

Tidak hanya pada bakteri dan arkea, jalur Tat juga ditemukan di tumbuhan dan protista. Jalur Tat yang dimiliki sianobakteri, leluhur kloroplas eukariota, terkonservasi di membran tilakoid tumbuhan dan kloroplas alga.[23] Proses fotosintesis bergantung kepada jalur Tat karena perakitan fotosistem II dan kompleks sitokrom b6f memerlukan jalur ini.[24] Banyak protista dan tumbuhan yang genom mitokondrianya mengandung gen homolog dari TatC.[25] Fungi tidak memiliki jalur Tat, sementara pada hewan hanya ditemukan pada spons homoscleromorpha nirspikula.[26]

Dugaan alasan keberadaan

Ada banyak jalur transportasi protein pada mahkluk hidup, misalnya jalur Sec yang terkonservasi pada seluruh domain kehidupan. Namun, dibandingkan jalur Sec, jalur Tat mentransportasikan protein dalam bentuk terlipat. Ada beberapa alasan utama berdasarkan hasil eksperimen: menghindari ion yang dapat menganggu insersi ke situs aktif protein, kebutuhan memasukkan kofaktor kompleks, dan transpor kompleks protein hetero-oligomer (terdiri dari banyak polipeptida).[11] Ada pula yang menyebutkan bahwa jalur Tat diperlukan karena faktor pelipatan yang hanya terdapat sitoplasma maupun kesulitan menjaga protein tetap dalam bentuk primer.[11] Misalnya, organisme holofilik diduga menggunakan jalur Tat sebagai mekanisme transpor utama dikarenakan sulitnya melipat protein di lingkungan berkadar garam tinggi tanpa chaperone.[27]

Referensi

  1. ^ Sargent, F.; Berks, B.C.; Palmer, T. (2006). "Pathfinders and trailblazers: a prokaryotic targeting system for transport of folded proteins". FEMS Microbiol. Lett. 254 (2): 198–207. doi:10.1111/j.1574-6968.2005.00049.x alt=Dapat diakses gratis. PMID 16445746. 
  2. ^ Carrie, Chris; Weißenberger, Stefan; Soll, Jürgen (2016-10-15). "Plant mitochondria contain the protein translocase subunits TatB and TatC". Journal of Cell Science (dalam bahasa Inggris). 129 (20): 3935–3947. doi:10.1242/jcs.190975 alt=Dapat diakses gratis. ISSN 0021-9533. PMID 27609835. 
  3. ^ Bennewitz, Bationa; Sharma, Mayank; Tannert, Franzisca; Klösgen, Ralf Bernd (November 2020). "Dual targeting of TatA points to a chloroplast-like Tat pathway in plant mitochondria". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research (dalam bahasa Inggris). 1867 (11): 118816. doi:10.1016/j.bbamcr.2020.118816 alt=Dapat diakses gratis. PMID 32768405. 
  4. ^ Schliebs, Wolfgang; Girzalsky, Wolfgang; Erdmann, Ralf (2010-11-17). "Peroxisomal protein import and ERAD: variations on a common theme". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11 (12): 885–890. doi:10.1038/nrm3008. ISSN 1471-0072. 
  5. ^ Barnett JP, Eijlander RT, Kuipers OP, Robinson C (2008). "A minimal Tat system from a gram-positive organism: a bifunctional TatA subunit participates in discrete TatAC and TatA complexes". J. Biol. Chem. 283 (5): 2534–2542. doi:10.1074/jbc.M708134200 alt=Dapat diakses gratis. PMID 18029357. 
  6. ^ Chaddock, A.M.; Mant, A.; Karnauchov, I.; Brink, S.; Herrmann, R.G.; Klösgen, R.B.; Robinson, C. (1995). "A new type of signal peptide: central role of a twin-arginine motif in transfer signals for the delta pH-dependent thylakoidal protein translocase". EMBO J. 14 (12): 2715–2722. doi:10.1002/j.1460-2075.1995.tb07272.x. PMC 398390 alt=Dapat diakses gratis. PMID 7796800. 
  7. ^ Frielingsdorf, S.; Klösgen, R.B. (2007). "Prerequisites for Terminal Processing of Thylakoidal Tat Substrates". J. Biol. Chem. 282 (33): 24455–24462. doi:10.1074/jbc.M702630200 alt=Dapat diakses gratis. PMID 17581816. 
  8. ^ Sargent F, Bogsch EG, Stanley NR, Wexler M, Robinson C, Berks BC, Palmer T (1998). "Overlapping functions of components of a bacterial Sec-independent protein export pathway". EMBO Journal. 17 (13): 3640–50. doi:10.1093/emboj/17.13.3640. PMC 1170700 alt=Dapat diakses gratis. PMID 9649434. 
  9. ^ Gouffi K, Santini CL, Wu LF (August 2002). "Topology determination and functional analysis of the Escherichia coli TatC protein". FEBS Lett. 525 (1–3): 65–70. doi:10.1016/s0014-5793(02)03069-7. PMID 12163163. 
  10. ^ Pickering, Brad S.; Oresnik, Ivan J. (2010-10). "The Twin Arginine Transport System Appears To Be Essential for Viability in Sinorhizobium meliloti". Journal of Bacteriology. 192 (19): 5173–5180. doi:10.1128/jb.00206-10. ISSN 0021-9193.  line feed character di |title= pada posisi 76 (bantuan);
  11. ^ a b c Palmer, Tracy; Berks, Ben C. (2012-06-11). "The twin-arginine translocation (Tat) protein export pathway". Nature Reviews Microbiology. 10 (7): 483–496. doi:10.1038/nrmicro2814. ISSN 1740-1526. 
  12. ^ a b Cristobal, S. (1999-06-01). "Competition between Sec- and TAT-dependent protein translocation in Escherichia coli". The EMBO Journal. 18 (11): 2982–2990. doi:10.1093/emboj/18.11.2982. ISSN 1460-2075. 
  13. ^ Blaudeck, Natascha; Kreutzenbeck, Peter; Freudl, Roland; Sprenger, Georg A. (2003-05). "Genetic Analysis of Pathway Specificity during Posttranslational Protein Translocation across the Escherichia coli Plasma Membrane". Journal of Bacteriology. 185 (9): 2811–2819. doi:10.1128/jb.185.9.2811-2819.2003. ISSN 0021-9193.  line feed character di |title= pada posisi 98 (bantuan);
  14. ^ Bogsch, Erik; Brink, Susanne; Robinson, Colin (1997-07-01). "Pathway specificity for a ΔpH-dependent precursor thylakoid lumen protein is governed by a 'Sec-avoidance' motif in the transfer peptide and a 'Sec-incompatible' mature protein". The EMBO Journal. 16 (13): 3851–3859. doi:10.1093/emboj/16.13.3851. ISSN 0261-4189. 
  15. ^ Dilks, Kieran; Rose, R. Wesley; Hartmann, Enno; Pohlschröder, Mechthild (2003-02-15). "Prokaryotic Utilization of the Twin-Arginine Translocation Pathway: a Genomic Survey". Journal of Bacteriology. 185 (4): 1478–1483. doi:10.1128/jb.185.4.1478-1483.2003. ISSN 0021-9193. 
  16. ^ Rose, R. Wesley; Brüser, Thomas; Kissinger, Jessica C.; Pohlschröder, Mechthild (2002-08). "Adaptation of protein secretion to extremely high‐salt conditions by extensive use of the twin‐arginine translocation pathway". Molecular Microbiology. 45 (4): 943–950. doi:10.1046/j.1365-2958.2002.03090.x. ISSN 0950-382X. 
  17. ^ Bendtsen, Jannick Dyrløv; Nielsen, Henrik; Widdick, David; Palmer, Tracy; Brunak, Søren (2005-07-02). "Prediction of twin-arginine signal peptides". BMC Bioinformatics. 6 (1). doi:10.1186/1471-2105-6-167. ISSN 1471-2105. 
  18. ^ Bagos, Pantelis G.; Nikolaou, Elisanthi P.; Liakopoulos, Theodore D.; Tsirigos, Konstantinos D. (2010-09-16). "Combined prediction of Tat and Sec signal peptides with hidden Markov models". Bioinformatics. 26 (22): 2811–2817. doi:10.1093/bioinformatics/btq530. ISSN 1367-4811. 
  19. ^ Sargent, F. (1998-07-01). "Overlapping functions of components of a bacterial Sec-independent protein export pathway". The EMBO Journal. 17 (13): 3640–3650. doi:10.1093/emboj/17.13.3640. ISSN 1460-2075. 
  20. ^ a b Rodrigue, Agnès; Chanal, Angélique; Beck, Konstanze; Müller, Matthias; Wu, Long-Fei (1999-05). "Co-translocation of a Periplasmic Enzyme Complex by a Hitchhiker Mechanism through the Bacterial Tat Pathway". Journal of Biological Chemistry. 274 (19): 13223–13228. doi:10.1074/jbc.274.19.13223. ISSN 0021-9258. 
  21. ^ Jack, Rachael L; Buchanan, Grant; Dubini, Alexandra; Hatzixanthis, Kostas; Palmer, Tracy; Sargent, Frank (2004-09-23). "Coordinating assembly and export of complex bacterial proteins". The EMBO Journal. 23 (20): 3962–3972. doi:10.1038/sj.emboj.7600409. ISSN 0261-4189. 
  22. ^ Organism
  23. ^ "Molecular Machines Involved in Protein Transport across Cellular Membranes". The Enzymes. 2007. doi:10.1016/s1874-6047(07)x2500-9. ISSN 1874-6047. 
  24. ^ Molik, Sabine; Karnauchov, Ivan; Weidlich, Constanze; Herrmann, Reinhold G.; Klösgen, Ralf Bernd (2001-11). "The Rieske Fe/S Protein of the Cytochromeb /f Complex in Chloroplasts". Journal of Biological Chemistry. 276 (46): 42761–42766. doi:10.1074/jbc.m106690200. ISSN 0021-9258. 
  25. ^ Yen, Ming-Ren; Tseng, Yi-Hsiung; Nguyen, Erin H.; Wu, Long-Fe; Saier, Milton H. (2002-06-01). "[No title found]". Archives of Microbiology. 177 (6): 441–450. doi:10.1007/s00203-002-0408-4. ISSN 0302-8933. 
  26. ^ Gazave, Eve; Lapébie, Pascal; Renard, Emmanuelle; Vacelet, Jean; Rocher, Caroline; Ereskovsky, Alexander V.; Lavrov, Dennis V.; Borchiellini, Carole (2010-12-14). "Molecular Phylogeny Restores the Supra-Generic Subdivision of Homoscleromorph Sponges (Porifera, Homoscleromorpha)". PLoS ONE. 5 (12): e14290. doi:10.1371/journal.pone.0014290. ISSN 1932-6203. 
  27. ^ Pohlschröder, Mechthild; Dilks, Kieran; Hand, Nicholas J.; Wesley Rose, R. (2004-02). "Translocation of proteins across archaeal cytoplasmic membranes". FEMS Microbiology Reviews. 28 (1): 3–24. doi:10.1016/j.femsre.2003.07.004. ISSN 1574-6976.