植物ヘテロ三量体GTP結合タンパク質のヌクレオチド交換依存性および非依存性機能

Sci. Signal. 05 Nov 2019:
Vol. 12, Issue 606, eaav9526
DOI: 10.1126/scisignal.aav9526

Natsumi Maruta¹, Yuri Trusov¹, David Chakravorty², Daisuke Urano³, Sarah M. Assmann², and Jose R. Botella^1,4,*

¹ Plant Genetic Engineering Laboratory, School of Agriculture and Food Sciences, University of Queensland, Brisbane, QLD 4072, Australia.
² Department of Biology, Pennsylvania State University, University Park, PA 16802, USA.
³ Temasek Life Sciences Laboratory, 1 Research Link, National University of Singapore, Singapore 117604, Singapore.
⁴ State Key Laboratory of Cotton Biology, Department of Biology, Institute of Plant Stress Biology, Henan University, Kaifeng 475001, China.

* Corresponding author. Email: j.botella@uq.edu.au

要約

α、β、γサブユニットで構成されるヘテロ三量体グアニンヌクレオチド結合タンパク質（Gタンパク質）は、グアニンヌクレオチドに依存する多機能の分子オン・オフスイッチである。動物および真菌では、Gα上でのGDPとGTPの交換がGタンパク質の活性化を調節しており、多様な細胞外シグナルに対する正常な細胞応答に不可欠である。モデル植物であるシロイヌナズナ（Arabidopsis thaliana）は、単一の標準的GαサブユニットAtGPA1を有する。われわれは植物体において、構成的に活性化したGTP結合型AtGPA1（Q222L）変異体とヌクレオチド非結合型AtGPA1（S52C）変異体がGβγ1二量体およびGβγ2二量体と同等の親和性で相互作用することを明らかにした。このことから、Gタンパク質ヘテロ三量体はヌクレオチド交換とは独立して起きることが示唆された。対照的に、Gβγ3に対する親和性はAtGPA1（Q222L）のほうがAtGPA1（S52C）よりも強かったことから、GTP結合型AtGPA1（Q222L）の立体構造は別個であり、Gβγ3と強固に会合することが示唆された。gpa1ヌル変異体をバックグラウンドとしてAtGPA1（S52C）またはAtGPA1（Q222L）のいずれかを発現する遺伝子導入系を機能解析したところ、AtGPA1（S52C）またはAtGPA1（Q222L）のいずれかによって相補される多様な変異表現型が明らかにされた。われわれは、標準的なGDP-GTP交換依存性機構に加えて、植物Gタンパク質にはヌクレオチド交換とは独立して機能しうる機構があると結論付ける。

Citation: N. Maruta, Y. Trusov, D. Chakravorty, D. Urano, S. M. Assmann, J. R. Botella, Nucleotide exchange-dependent and nucleotide exchange-independent functions of plant heterotrimeric GTP-binding proteins. Sci. Signal. 12, eaav9526 (2019).