GlnK PIIシグナル伝達タンパク質によるHerbaspirillum seropedicae NifAの制御は、アロステリックサイトに結合したエフェクターを介して行われている

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Biochim Biophys Acta Proteins Proteom.2020 03;1868(3):140348. S1570-9639(19)30241-9. doi: 10.1016/j.bbapap.2019.140348.Epub 2019-12-19.

GlnK PIIシグナル伝達タンパク質によるHerbaspirillum seropedicae NifAの制御は、アロステリックサイトに結合したエフェクターを介して行われている

Regulation of Herbaspirillum seropedicae NifA by the GlnK PII signal transduction protein is mediated by effectors binding to allosteric sites.

Adriano Alves Stefanello
Marco Aurélio Schuler de Oliveira
Emanuel Maltempi Souza
Fábio Oliveira Pedrosa
Leda Satie Chubatsu
Luciano Fernandes Huergo
Ray Dixon
Rose Adele Monteiro

PMID: 31866507 DOI: 10.1016/j.bbapap.2019.140348.

抄録

Herbaspirillum seropedicae は、窒素を固定し、重要な作物の表面や内部組織をコロニー化することができる植物成長促進細菌である。H. seropedicaeにおける窒素固定は、原核生物エンハンサー結合タンパク質NifAによって転写レベルで制御されている。NifAの活性は酸素の影響を受けてネガティブな影響を受け、PIIシグナル伝達タンパク質であるGlnKとの相互作用によってポジティブな刺激を受けます。GlnKはまた、グルタミンの細胞内レベルに応答して可逆的なウリジリル化のサイクルにさらされています。これまでの研究では、NifA活性の分子内抑制におけるNifAのN末端GAFドメインの役割、および窒素制限条件下でのこの抑制を緩和するGlnKの役割が確立されている。しかし、このNifA活性の制御のメカニズムは完全には解明されていない。ここでは、NifA活性化の過程でのウリジル化とエフェクター結合の役割を明らかにするために、一連のGlnKバリアントを構築した。これらのデータは、NifAの活性化にはGlnKのウリジル化は必要ないというモデルを支持するものである。一方、2-OGやMgATPのGlnKへの結合は、NifAの活性化に非常に重要であり、NifAに対する細胞内窒素状態の最も重要なシグナルを構成している。

Herbaspirillum seropedicae is a plant growth promoting bacterium that is able to fix nitrogen and to colonize the surface and internal tissues of important crops. Nitrogen fixation in H. seropedicae is regulated at the transcriptional level by the prokaryotic enhancer binding protein NifA. The activity of NifA is negatively affected by oxygen and positively stimulated by interaction with GlnK, a PII signaling protein that monitors intracellular levels of the key metabolite 2-oxoglutarate (2-OG) and functions as an indirect sensor of the intracellular nitrogen status. GlnK is also subjected to a cycle of reversible uridylylation in response to intracellular levels of glutamine. Previous studies have established the role of the N-terminal GAF domain of NifA in intramolecular repression of NifA activity and the role of GlnK in relieving this inhibition under nitrogen-limiting conditions. However, the mechanism of this control of NifA activity is not fully understood. Here, we constructed a series of GlnK variants to elucidate the role of uridylylation and effector binding during the process of NifA activation. Our data support a model whereby GlnK uridylylation is not necessary to activate NifA. On the other hand, binding of 2-OG and MgATP to GlnK are very important for NifA activation and constitute the most important signal of cellular nitrogen status to NifA.