クエン酸第二鉄調節因子FecRは、ユニークなツインアルギニン輸送依存性メカニズムを介して細菌内膜を横断してトランスロケーションされている

Ferric Citrate Regulator FecR Is Translocated across the Bacterial Inner Membrane via a Unique Twin-Arginine Transport-Dependent Mechanism.

• Ian J Passmore
• Jennifer M Dow
• Francesc Coll
• Jon Cuccui
• Tracy Palmer
• Brendan W Wren

抄録

クエン酸を介した鉄輸送は、鉄の獲得のための重要な非ヘム経路である。クエン酸第二鉄が外膜タンパク質FecAに結合すると、シグナルカスケードが誘導され、最終的には細胞質シグマ因子FecIが活性化され、クエン酸第二鉄輸送遺伝子が転写されます。このプロセスの中心となるのは、内膜タンパク質FecRによって媒介されるシグナル伝達である。FecRは単一の膜貫通らせんを介して内膜を貫通しており、N末端とC末端で細胞質と膜周囲を指向する部位に挟まれています。FecRの膜貫通ヘリックスは、双子のアルギニンシグナル配列に似ており、コンセンサスモチーフの対をなすアルギニン残基が置換されることで、FecR-FecIシグナルカスケードが切り離され、クエン酸第二鉄上で生育した細胞では、オペロンの転写を活性化することができなくなる。さらに、β-ラクタマーゼのC末端とFecRの膜貫通ヘリックスとの融合は、ツインアルギニントランスロケーション（Tat）システムに依存したC末端ドメインのトランスロケーションをもたらすことがわかった。私たちの発見は、FecRが内部にツインアルギニンシグナル配列を含むビトックス内膜タンパク質の選択的グループに属することを示しています。鉄は、代謝過程での役割や多くの酵素の補酵素としての役割から、ほぼすべての生物にとって必要不可欠なものである。FecRIシグナル伝達経路は、以下のような多くのグラム陰性細菌におけるクエン酸介在性鉄の輸入を制御している。 FecRと外膜タンパク質FecAおよび細胞質アンチシグマ因子FecIとの相互作用は広範囲に研究されてきた。しかし、FecRが膜に挿入されるメカニズムはこれまで報告されていませんでした。本研究では、FecRの細胞質膜へのターゲティングがTat系に依存していることを明らかにした。このように、FecRは内部にツインアルギニンシグナル配列を持つ新しいクラスのビトピカルTat依存性膜タンパク質であることを示している。

In , citrate-mediated iron transport is a key nonheme pathway for the acquisition of iron. Binding of ferric citrate to the outer membrane protein FecA induces a signal cascade that ultimately activates the cytoplasmic sigma factor FecI, resulting in transcription of the ferric citrate transport genes. Central to this process is signal transduction mediated by the inner membrane protein FecR. FecR spans the inner membrane through a single transmembrane helix, which is flanked by cytoplasm- and periplasm-orientated moieties at the N and C termini. The transmembrane helix of FecR resembles a twin-arginine signal sequence, and the substitution of the paired arginine residues of the consensus motif decouples the FecR-FecI signal cascade, rendering the cells unable to activate transcription of the operon when grown on ferric citrate. Furthermore, the fusion of beta-lactamase C-terminal to the FecR transmembrane helix results in translocation of the C-terminal domain that is dependent on the twin-arginine translocation (Tat) system. Our findings demonstrate that FecR belongs to a select group of bitopic inner membrane proteins that contain an internal twin-arginine signal sequence. Iron is essential for nearly all living organisms due to its role in metabolic processes and as a cofactor for many enzymes. The FecRI signal transduction pathway regulates citrate-mediated iron import in many Gram-negative bacteria, including The interactions of FecR with the outer membrane protein FecA and cytoplasmic anti-sigma factor FecI have been extensively studied. However, the mechanism by which FecR inserts into the membrane has not previously been reported. In this study, we demonstrate that the targeting of FecR to the cytoplasmic membrane is dependent on the Tat system. As such, FecR represents a new class of bitopic Tat-dependent membrane proteins with an internal twin-arginine signal sequence.

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