サッカロミセス・セレビシエにおけるアスパラギン合成酵素のフィラメント化

Filamentation of asparagine synthetase in Saccharomyces cerevisiae.

• Shanshan Zhang
• Kang Ding
• Qing-Ji Shen
• Suwen Zhao
• Ji-Long Liu

抄録

アスパラギン合成酵素（ASNS）とCTP合成酵素（CTPS）は、グルタミンの恒常性維持に重要な代謝酵素である。ASNSとCTPSは糸状体を形成していることがゲノムワイドなスクリーニングにより明らかになった。CTPSの糸状構造は近年よく報告されているが、ASNSの糸状構造はあまり研究されていない。本研究では、出芽酵母をモデル系として、ASNSの2つのタンパク質、Asn1とAsn2が通風期と定常期に分けて糸状体を形成することを確認した。また、グルコース欠乏によりASNSのフィラメント形成が誘導されることも明らかにした。また、ASNSとCTPSは長さの異なる異なるサイトフィジアを形成しているが、ほとんどの細胞では両者は互いに隣接していることがわかった。さらに、Asn1サイトフィディアはAsn2サイトフィディアとコロケーションし、Asn2フィラメントの形成はAsn1に大きく依存していることを明らかにした。さらに、二量体界面の鍵となる部位を変異させることで、Asn1のフィラメントを変化させることができることを示した。最後に、ASN1D330Vがフィラメント形成を促進することを示した。ASN1D330Vの変異は、ASN2ノックアウトマウスでは細胞の成長を阻害するが、ASN2野生型マウスでは正常に成長している。以上の結果から、ASNSとCTPSサイトフィジアとの関連性、および2つのASNSパラログの間でのフィラメント形成能力の違いが明らかになった。

Asparagine synthetase (ASNS) and CTP synthase (CTPS) are two metabolic enzymes crucial for glutamine homeostasis. A genome-wide screening in Saccharomyces cerevisiae reveal that both ASNS and CTPS form filamentous structures termed cytoophidia. Although CTPS cytoophidia were well documented in recent years, the filamentation of ASNS is less studied. Using the budding yeast as a model system, here we confirm that two ASNS proteins, Asn1 and Asn2, are capable of forming cytoophidia in diauxic and stationary phases. We find that glucose deprivation induces ASNS filament formation. Although ASNS and CTPS form distinct cytoophidia with different lengths, both structures locate adjacently to each other in most cells. Moreover, we demonstrate that the Asn1 cytoophidia colocalize with the Asn2 cytoophidia, while Asn2 filament assembly is largely dependent on Asn1. In addition, we are able to alter Asn1 filamentation by mutagenizing key sites on the dimer interface. Finally, we show that ASN1D330V promotes filamentation. The ASN1D330V mutation impedes cell growth in an ASN2 knockout background, while growing normally in an ASN2 wild-type background. Together, this study reveals a connection between ASNS and CTPS cytoophidia and the differential filament-forming capability between two ASNS paralogs.