Palmitoylace neslouží jen k interakci proteinu s membránou

Většina molekulárních biologů zná palmitoylaci jako běžnou posttranslační modifikaci proteinů, konkrétně jde o kovalentní modifikaci připojením zbytku kyseliny palmitové na SH skupinu cysteinu. Spolu s podobnou modifikací zvanou myristoylace vytváří jakési kotvičky, které zodpovídají za správnou membránovou lokalizaci mnoha molekul, namátkově třeba rodiny známých cytoplazmatických enzymů zvaných Src-kinázy, které bez těchto kotviček nejsou schopny nalézt své správné místo na membráně a zůstávají v cytoplazmě.

Ukazuje se, že kotvení molekul nebude jedinou funkcí palmitoylace. Hraje totiž důležitou roli při přepravě nově syntetizovaných molekul z Golgiho komplexu do jednotlivých částí buňky a ovlivňuje protein-proteinové interakce. Na rozdíl od již zmíněné myristoylace je palmitoylace vratná, takže může být využívána jako dynamická značka, podobně jako třeba fosforylace anebo oxidace buněčných proteinů. V posledních letech se podařilo identifikovat hned několik navzájem nepříbuzných proteinů, které podléhají vratné palmitoylaci (Ras, Gsα, eNOS ad.). Zdá se tedy, že jde skutečně o obecný mechanismus.

Průkopníkem v oboru je Philippe I. H. Bastiaens, působící v posledních letech v německém Dortmundu. V jedné ze svých posledních prací¹⁾ nastínil, jak by celý mechanismus mohl fungovat. Práce z jeho i dalších laboratoří již v uplynulých letech ukázaly, že cyklicky se opakující palmitoylace je nutnou podmínkou pro dočasnou membránovou asociaci proteinů nacházejících se na periferii buňky. Pravidla tohoto procesu však zůstávala nejasná. Hned na několika místech buňky bylo zjištěno přidávání zbytků kyseliny palmitové k proteinům, jejich odštěpování bylo prokázáno přinejmenším na plazmatické membráně. Reakce jsou to skutečně dynamické, odhaduje se, že celý cyklus v buňce trvá od několika minut do jedné hodiny.

Palmitoylace může nastat spontánně, a i přesto k ní bude docházet na správných aminokyselinách daného proteinu. Existují ale i desítky enzymů zvaných proteinové acyltransferázy, které proces palmitoylace efektivně urychlují; nejméně jeden další je schopen katalyzovat i depalmitoylaci. K první palmitoylaci cílových proteinů dochází v Golgiho aparátu. Jakmile jsou proteiny palmitoylovány, mohou opustit Golgiho aparát sekreční drahou vedoucí k plazmatické membráně, přičemž během transportu dochází k jejich rychlé depalmitoylaci. Pokud má protein na sobě příliš málo zbytků kyseliny palmitové, k membráně se ani nedostane. Pokud jich má více, sekreční systém jej k membráně dovede. Například u molekuly H-Ras dochází k transportu ze středu buňky běžné velikosti ke všem membránám během pouhých dvou sekund. Blízce příbuznou molekulou je N-Ras, která se od zmíněné molekuly H-Ras liší v podstatě jen počtem palmitoylací – H-Ras má tři, N-Ras má jen jednu. N-Ras ale zůstává vězet po své syntéze hned v oblasti Golgiho komplexu, zatímco H-Ras zvládne celou trasu až k buněčné membráně. Pokud mu palmitoylační místa zmutujeme, k membráně se rovněž nedostane.

Zřejmě nejde o mechanismus univerzální, nicméně již dnes je jasné, že je využíván hned několika na sobě nezávislými rodinami buněčných proteinů. Jaké je jeho praktické využití? Existuje například chemikálie palmostatin, kterou lze použít k blokaci depalmitoylace molekuly Ras v onkogenní signalizaci,²⁾ a tím k narušení správné lokalizace této molekuly a potlačení nádorového bujení.