HrpB細菌のDExH-boxヘリカーゼの補助ドメインは、そのRNA嗜好性を形成している

Auxiliary domains of the HrpB bacterial DExH-box helicase shape its RNA preferences.

• Stéphane Hausmann
• Johan Geiser
• Oscar Vadas
• Verena Ducret
• Karl Perron
• Martina Valentini

抄録

RNA ヘリカーゼは、RNA の二次構造を再構築したり、リボ核タンパク質複合体を配列させたりするなど、RNA 代謝の基本的な役割を担っている。DExH-box RNAヘリカーゼは真核生物ではリボソームのバイオジェネシスやスプライシングに機能しているが、細菌のホモログについての情報は少ない。HrpBは、細菌のDExH-boxタンパク質の中で唯一構造が解明されているタンパク質である。HrpBは、触媒コアの他に、すべてのDExH-boxヘリカーゼに保存されている3つの補助ドメインと、ユニークなC末端延長（CTE）を持っています。これらの補助ドメインの機能は不明である。ここでは、HrpBホモログの遺伝学的および生化学的な特徴を明らかにした。その結果、補助ドメインがHrpBのRNA選好性を形成し、RNA種認識と触媒活性に影響を与えていることを明らかにした。また、数種類のRNAのうち、一本鎖のポリ(A)と高度に構造化されたMS2 RNAがHrpB ATPase活性を強く刺激することを明らかにした。また、CTEを欠失するとMS2やrRNAのような構造化RNAによる刺激のみが影響を受け、アクセサリードメインを欠失するとポリ(U)依存性の活性が向上することを明らかにした。最後に、水素-重水素交換を用いて、HrpBとポリ(A)やMS2 RNAとの相互作用の分子的詳細を解析した。触媒コアは両方のRNAと相互作用し、HrpBの向きを変えるコンフォメーション変化を引き起こした。アクセサリードメインとCTE内の領域は、代わりにMS2に特異的に反応する。以上のことから、バクテリアにおいても真核生物と同様に、DExH-boxヘリカーゼの補助ドメインがRNAのハンドリングに不可欠であることが明らかになった。

RNA helicases are fundamental players in RNA metabolism: they remodel RNA secondary structures and arrange ribonucleoprotein complexes. While DExH-box RNA helicases function in ribosome biogenesis and splicing in eukaryotes, information is scarce about bacterial homologs. HrpB is the only bacterial DExH-box protein whose structure is solved. Besides the catalytic core, HrpB possesses three accessory domains, conserved in all DExH-box helicases, plus a unique C-terminal extension (CTE). The function of these auxiliary domains remains unknown. Here, we characterize genetically and biochemically HrpB homolog. We reveal that the auxiliary domains shape HrpB RNA preferences, affecting RNA species recognition and catalytic activity. We show that, among several types of RNAs, the single-stranded poly(A) and the highly structured MS2 RNA strongly stimulate HrpB ATPase activity. In addition, deleting the CTE affects only stimulation by structured RNAs like MS2 and rRNAs, while deletion of accessory domains results in gain of poly(U)-dependent activity. Finally, using hydrogen-deuterium exchange, we dissect the molecular details of HrpB interaction with poly(A) and MS2 RNAs. The catalytic core interacts with both RNAs, triggering a conformational change that reorients HrpB. Regions within the accessory domains and CTE are, instead, specifically responsive to MS2. Altogether, we demonstrate that in bacteria, like in eukaryotes, DExH-box helicase auxiliary domains are indispensable for RNA handling.