マイコバクテリアシグナル伝達におけるFHAドメインタンパク質の機能的多様性に関する構造的洞察

Sci. Signal. 07 May 2019:
Vol. 12, Issue 580, eaav9504
DOI: 10.1126/scisignal.aav9504

Tristan Wagner^1,*,†, Gwénaëlle André-Leroux^1,*,‡, Valérie Hindie^1,§, Nathalie Barilone^1,||, María-Natalia Lisa^1,¶, Sylviane Hoos², Bertrand Raynal², Brigitte Vulliez-Le Normand¹, Helen M. O'Hare³, Marco Bellinzoni^1,#, and Pedro M. Alzari^1,#

¹ Institut Pasteur, Unité de Microbiologie Structurale, CNRS UMR 3528 & Université Paris Diderot, 25 Rue du Docteur Roux, 75724 Paris Cedex 15, France.
² Institut Pasteur, Plateforme de Biophysique Moléculaire, 25 Rue du Docteur Roux, 75724 Paris Cedex 15, France.
³ Leicester Tuberculosis Research Group (LTBRG) and Leicester Institute of Structural and Chemical Biology (LISCB), Department of Respiratory Science & Department of Molecular and Cell Biology, University of Leicester, Leicester LE1 7RH, UK.

# Corresponding author. Email: pedro.alzari@pasteur.fr (P.M.A.); marco.bellinzoni@pasteur.fr (M.B.)

* These authors contributed equally to this work.

† Present address: Max Planck Institute for Marine Microbiology, Microbial Metabolism Group, Celsiusstrasse 1, D-28359 Bremen, Germany.

‡ Present address: INRA, Unité de Mathématique et Informatique Appliquées du Génome á l'Environnement, Université Paris-Saclay, 78350 Jouy-en-Josas Cedex, France.

§ Present address: Caprion Biosciences Inc., 201 Ave. President Kennedy, Montreal H2X 3Y7, Canada.

|| Present address: Unité Récepteurs-Canaux, Institut Pasteur, 75724 Paris Cedex 15, France.

¶ Present address: Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR, CONICET-UNR), Ocampo y Esmeralda, S2002LRK Rosario, Argentina.

要約

フォークヘッド結合（FHA）ドメインは、シグナル伝達カスケードのホスホスレオニン（pThr）残基に結合するモジュールである。FHA含有マイコバクテリアタンパク質GarAは、アミノ酸欠乏または細胞増殖要求に応答して代謝の流れを方向転換するリン酸化依存性シグナル伝達経路の中心的構成因子である。GarAはリン酸化依存的なON/OFF分子スイッチとして働く。その非リン酸化ON状態において、GarAのFHAドメインは、2-オキソグルタル酸デカルボキシラーゼ（KGD）のような窒素流を調整する様々な代謝酵素とのリン酸化非依存性相互作用に関与する。しかしながら、プロテインキナーゼPknBまたはPknGによるGarAのN末端領域でのリン酸化は、N末端ドメインとFHAドメインとの分子内会合を介して自己阻害を誘発し、それによりすべての下流相互作用を遮断する。これらの異なるFHA結合様式を調べるため、われわれはマイコバクテリア上流（リン酸化依存性）複合体PknB-GarAおよび下流（リン酸化非依存性）複合体GarA-KGDの結晶構造を解いた。われわれの結果は、PknBのリン酸化活性化ループがドッキング部位として働き、標準的なFHA-pThr相互作用を介してGarAを動員することを示している。しかしながら、同じGarA FHA結合ポケットは、リン酸化されていないKGDのアロステリック部位を標的とし、そこで、認識の重要な要素は、リン酸化模倣アスパラギン酸である。さらなる酵素的および突然変異誘発研究により、GarAが、触媒作用に必須であるKGDの重要な動きを妨げることにより、KGDの動的アロステリック阻害剤として作用することがわかった。これらの結果は、生理学的リン酸化模倣の証拠を提供し、そのような手法を用いた多数の突然変異誘発研究を支持し、いかに進化が複数のリン酸化および非リン酸化タンパク質パートナーと特異的に相互作用する単一のFHA結合ポケットを形成できるかを示している。

Citation: T. Wagner, G. André-Leroux, V. Hindie, N. Barilone, M.-N. Lisa, S. Hoos, B. Raynal, B. Vulliez-Le Normand, H. M. O'Hare, M. Bellinzoni, P. M. Alzari, Structural insights into the functional versatility of an FHA domain protein in mycobacterial signaling. Sci. Signal. 12, eaav9504 (2019).