El péptido señal (SP) es una secuencia situada en el extremo N-terminal de algunas proteínas que las lleva a entrar en la vía secretora, principalmente proteínas transmembranas y proteínas secretadas. La mayoría están constituidos por entre 15-30 aminoácidos. Sin embargo, existen algunos péptidos señal de mayor extensión, llegando a tener incluso más de 100 aminoácidos (Hegde and Bernstein, 2006). A pesar de no haber homología de secuencia entre péptidos señal como se muestra en la Figura 17A, la mayoría presentan una estructura similar. Se distinguen tres regiones distintas, n, h y c: la región N-terminal (n) de longitud variable y caracterizada por contener aminoácidos pequeños con una carga neta positiva, es la que contribuye a la variación respecto a la longitud. A continuación, la región central, siendo una región hidrofóbica (h) con una extensión de entre 7-15 aminoácidos, es la parte esencial del péptido señal para el targeting y la inserción en la membrana del retículo endoplasmático. Y finalmente, la región C-terminal (c), de menor tamaño con 3-7 aminoácidos, entre ellos se encuentra una secuencia consenso que consiste en un aminoácido de cadena corta en la posición -1 y uno no cargado en la posición -3, que determinan el sitio de corte por la enzima Signal peptidase (SPase), en la posición 0.
La función principal del péptido señal es mediar el transporte de la proteína secretada o de membrana que está iniciando su traducción a la membrana del RE. A este proceso se le denomina
targeting (Walter and Johnson 1994) (Figura 17B). Puede realizarse por una vía dependiente o
una independientemente de la ribonucleoproteína SRP (del inglés, Signal Recognition Particle). El SRP se une al péptido señal por su región h y lo lleva hacia la membrana del RE, donde se produce la unión del SRP con su receptor. Ello lleva a la inserción del péptido señal en el translocón, un complejo de proteínas heterotriméricas que media el paso de polipéptidos a través de la membrana del RE, quedando la región n en el lado citosólico y la región c en el lumen del retículo (topología II). A continuación, se prosigue con la traducción de la proteína por los ribosomas. El péptido señal debe escindirse de la proteína traducida. Este procesamiento lo realiza la SPase y suele ocurrir normalmente de forma co-traduccional. Se ha descrito que después de sufrir este procesamiento, el péptido señal puede seguir varias rutas: degradarse, quedarse anclado en la membrana o liberarse al citoplasma donde puede ejercer una función. Si bien la función principal del péptido señal es la de guiar a la proteína que está iniciando su traducción hacia la membrana del RE, también se ha visto que puede afectar a la interacción con el translocón o regular la eficiencia con la que se inserta en la membrana (Kim et al., 2002; Ott and Lingappa, 2004).
Después de ser procesadas por la SPase, los péptidos señal quedan insertados en la membrana del RE. Algunas veces estos pueden sufrir un procesamiento adicional en la región hidrofóbica (h) por la enzima Signal Peptide Peptidase (SPPase). Esta enzima es un miembro de las proteasas aspárticas y está relacionada con la preselinina (la subunidad proteolíticamente activa del complejo de la gamma-secretasa). Al igual que la SPase, se localiza en el RE. El corte del péptido señal por la SPPase lleva a la liberación de péptidos para su posterior degradación (Kilic et al., 2010) o estos podrían ser bioactivos y tener nuevas funciones (Kapp et al., 2009). En Drosophila, existe un homólogo poco caracterizado para esta enzima cuya pérdida de función produce letalidad larvaria y defectos en el desarrollo de las tráqueas (Casso et al., 2012). Asimismo, la proteína Crumbs de Drosophila, caracterizada por tener un péptido señal largo, ha sido descrita como un sustrato para la SPPase, aunque se desconoce si los péptidos
que se generan a partir del péptido señal de Crumbs poseen una función adicional (Kilic et
al., 2010). En vertebrados, la SPPase está implicada en la regulación del sistema inmune y
participa en la maduración de la proteína del núcleo del virus de la hepatitis C, entre otras (Moriishi, 2017). Por tanto es considerada una diana terapéutica para enfermedades virales.
Figura 17. Estructura y mecanismo de acción de los péptidos señal. (A) Representación
esquemática de la estructura del péptido señal, compuesto de tres partes bien diferenciadas: (n) extremo N-terminal, (h) región hidrofóbica y (c) extremo C-terminal. Debajo se muestran algunos ejemplos. (B) Esquema general de la función del péptido señal. Al iniciarse la traducción de una proteína que contiene un péptido señal, éste interacciona con la proteína de reconocimiento de señal o SRP que la guía hacia el RE al unirse con el receptor SRP. Allí el ribosoma facilita la entrada del péptido señal hacia el interior del translocón y tiene lugar la finalización de la traducción de la proteína. Esto conlleva el procesamiento del péptido señal por una enzima específica denominada
signal peptidase, SPase. Tras esto, el fragmento puede seguir diferentes rutas ejerciendo
funciones adicionales o degradándose. Tomada y modificada de www.signalpeptide.de. La mayor parte de los péptidos señal que ejercen funciones adicionales al transporte de la proteína hacia el RE, suelen ser de gran longitud. No obstante, no todos los péptidos señal largos presentan una función adicional. A continuación, describiremos algunos ejemplos:
- El virus del tumor mamario de ratones (MMTV, del inglés, Mouse Mammary Tumor
Virus) es un retrovirus tipo B, causante de carcinomas mamarios y de linfomas de células T
(Michalides et al.,1982; Racevskis and Sakar, 1982). La proteína Rem procede de una versión truncada de la proteína envelope (Env) de este virus. Ambas comparten el mismo péptido señal
cuya extensión es de 98 aminoácidos y el cual contiene una secuencia de localización nuclear (NLS, del inglés, Nuclear Localization Signal) en la región n (1-80) (Figura 18A). El péptido señal es procesado co-traduccionalmente por la enzima SPase, quedando retenida en el retículo y posteriormente liberado al citosol por un proceso independiente a la enzima SPPase. Finalmente, el péptido señal o la proteína completa (gp32Rem + SP) van hacia el núcleo actuando como factores de exportación nuclear para transcritos con intrones (Figura 18B) (Dultz et al., 2008).
Figura 18. Ejemplos de péptidos señal que poseen funciones adicionales. (A)
Representación esquemática del péptido señal que comparten las proteínas Envelope y Rem del virus del tumor mamario de ratones (MMTV), el cual contiene una secuencia de localización nuclear (NLS) en la región N-terminal. (B) Mecanismo de acción mediante el cual el péptido señal es procesado co-traduccionalmente en la membrana del RE mediante la enzima SPase. El péptido señal resultante es liberado de la membrana y transportado al núcleo donde realiza su función. Tomada y modificada de Dultz et al., 2008. (C) Arriba se muestra el péptido señal de la molécula HLA-A. Las distintas regiones se diferencian según el color: Rojo (n), verde (h) y azul (c). Debajo se expone el proceso mediante el cual se cargan y se presentan los distintos fragmentos de péptidos señal de las MHC-I clásicas por las moléculas HLA–E. Tomada y modificada de Martoglio and Dobberstein, 1998.
- El complejo mayor de histocompatibilidad de clase I (MHC-I), presenta péptidos a las denominadas células T natural killer (NK) o células T citotóxicas para informar al sistema inmune de que hay una célula infectada por un virus y que éstas puedan reconocerlas y eliminarlas. Este reconocimiento es llevado a cabo por las moléculas clásicas: HLA-A, -B, -C. Por otra parte, la molécula no clásica HLA-E se une selectivamente a fragmentos derivados de la región n del péptido señal de las anteriores: HLA-A, -B o -C. Estos péptidos señal están altamente conservados y son procesados co-traduccionalmente por la SPase y posteriormente por la SPPase en la membrana del RE. El resultado de este último procesamiento es la liberación al citosol de un fragmento de unos 14 residuos conteniendo la región N-terminal y parte de la región hidrofóbica. Este es recortado por el proteosoma. Los fragmentos resultantes son
transportados por un transportador presentador de antígenos (TAP; del inglés, Transporter
of Antigen Presentation) hacia el lumen del RE. Allí, se unen a las moléculas HLA-E y son
transportadas a la superficie celular donde el complejo HLA-E/péptido interacciona con el receptor de las células NK, inhibiendo o activando, dependiendo de cada caso, a las células NK. Esta unión permite un control adicional para el reconocimiento entre las moléculas MHC-I y los receptores de las NK, ya que informa de los niveles de expresión de las moléculas MHC-I clásicas (Kapp et al., 2009) (Figura 18C).