クロトニル化が重要な代謝酵素のクロトニル化を制御することで、ストレプトミセス・ロゾスポラスの炭素異化抑制が可能になることを明らかにした

Crotonylation of key metabolic enzymes regulates carbon catabolite repression in Streptomyces roseosporus.

• Chen-Fan Sun
• Wei-Feng Xu
• Qing-Wei Zhao
• Shuai Luo
• Xin-Ai Chen
• Yong-Quan Li
• Xu-Ming Mao

抄録

ストレプトマイセスは天然物を多く生産しているため、その代謝制御に大きな関心が寄せられていますが、従来の転写制御にとどまらず、翻訳後修飾（PTM）がどのような役割を果たしているのかについては詳細な理解が得られていません。本研究では、Streptomyces roseosporusをモデルとして、クロトニル化が様々な代謝経路の鍵となる酵素に広く存在しており、一次代謝での十分なクロトニル化と二次代謝でのタイムリーな排泄が必要であることを明らかにした。特に、細菌の代謝を制御するグルコースキナーゼGlkは、デクロトニラーゼCobBとクロトニルトランスフェラーゼKct1によって可逆的にクロトン化され、その活性をネガティブに制御していることが確認されている。さらに、クロトン化はストレプトマイセスのCCRを正に制御し、グルコースの取り込み/Glk活性と炭素源の利用率を調節していることが明らかになった。このように、クロトニル化がストレプトマイセスの代謝をグローバルに制御していることが明らかになりました。

Due to the plethora natural products made by Streptomyces, the regulation of its metabolism are of great interest, whereas there is a lack of detailed understanding of the role of posttranslational modifications (PTM) beyond traditional transcriptional regulation. Herein with Streptomyces roseosporus as a model, we showed that crotonylation is widespread on key enzymes for various metabolic pathways, and sufficient crotonylation in primary metabolism and timely elimination in secondary metabolism are required for proper Streptomyces metabolism. Particularly, the glucose kinase Glk, a keyplayer of carbon catabolite repression (CCR) regulating bacterial metabolism, is identified reversibly crotonylated by the decrotonylase CobB and the crotonyl-transferase Kct1 to negatively control its activity. Furthermore, crotonylation positively regulates CCR for Streptomyces metabolism through modulation of the ratio of glucose uptake/Glk activity and utilization of carbon sources. Thus, our results revealed a regulatory mechanism that crotonylation globally regulates Streptomyces metabolism at least through positive modulation of CCR.