分裂期のリン酸化はATPの結合を基質の遊離から脱共役させることによってHsp72の紡錘体への局在を調節する

Sci. Signal. 14 Aug 2018:
Vol. 11, Issue 543, eaao2464
DOI: 10.1126/scisignal.aao2464

Manjeet Mukherjee¹, Sarah Sabir¹, Laura O'Regan², Josephina Sampson¹, Mark W. Richards¹, Nicolas Huguenin-Dezot³, James R. Ault¹, Jason W. Chin³, Anastasia Zhuravleva¹, Andrew M. Fry², and Richard Bayliss^1,*

¹ Astbury Centre for Structural Molecular Biology, School of Molecular and Cellular Biology, Faculty of Biological Sciences, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK.
² Department of Molecular and Cell Biology, University of Leicester, Leicester LE1 7RH, UK.
³ Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, Francis Crick Avenue, Cambridge CB2 0QH, UK.

* Corresponding author. Email: r.w.bayliss@leeds.ac.uk

要約

Hsp72は、分子シャペロンである分子量約70 kDaのヒートショックタンパク質（Hsp70）ファミリーのメンバーで、ヌクレオチド結合ドメイン（NBD）と基質結合ドメイン（SBD）がリンカーで連結された構成をしており、アデノシン二リン酸（ADP）のアデノシン三リン酸（ATP）との交換とタンパク質基質の遊離とを共役させている。キナーゼNEK6によってHsp72のNBD内にあるThr⁶⁶が分裂期にリン酸化されると、Hsp72の紡錘体への局在が促進されるが、そのためには紡錘体の構築と染色体の集合・分離が効率的に行われる必要がある。われわれは、66番目にリン酸化セリンを含むように遺伝学的にコードしたHsp72のNBDの結晶構造を決定した。これによって、NBD内のサブドメイン同士の相互作用を安定化させるような構造変化が明らかになった。未修飾のHsp72のNBDにATPが結合すると、SBDから基質が遊離したが、リン酸化Hsp72の場合は、ATPが存在しても基質は保持された。リン酸化に依存したサブドメイン同士の相互作用を阻害する変異を導入すると、ATPの結合と基質の遊離との関連は回復した。このようにThr⁶⁶のリン酸化は、ヌクレオチドの結合と基質の遊離とのアロステリックな関連を脱共役させる可逆的な機構であり、Hsp70ファミリーの調節についてさらなる洞察を与えるものである。われわれは、分裂期にNEK6によってHsp72のThr⁶⁶がリン酸化されると、紡錘体の構成要素との相互作用が安定化されることによってHsp72の紡錘体への局在が促進されることを提唱する。

Citation: M. Mukherjee, S. Sabir, L. O'Regan, J. Sampson, M. W. Richards, N. Huguenin-Dezot, J. R. Ault, J. W. Chin, A. Zhuravleva, A. M. Fry, R. Bayliss, Mitotic phosphorylation regulates Hsp72 spindle localization by uncoupling ATP binding from substrate release. Sci. Signal. 11, eaao2464 (2018).