バクテリアにおける NAD 生合成は、PII シグナルを介してグローバルな炭素/窒素レベルで制御されています

NAD biosynthesis in bacteria is controlled by global carbon/nitrogen levels via PII signaling.

• Adrian Richard Schenberger Santos
• Edileusa Cristina Marques Gerhardt
• Erick Parize
• Fabio Oliveira Pedrosa
• Maria Berenice Reynaud Steffens
• Leda Satie Chubatsu
• Emanuel Maltempi Souza
• Luciane Maria Pereira Passaglia
• Fernando Hayashi Sant'Anna
• Gustavo Antônio de Souza
• Luciano Fernandes Huergo
• Karl Forchhammer

抄録

NADは、コア代謝の酸化還元反応に参加する中心的な代謝物です。原核生物のNAD合成酵素NadEは、ニコチン酸アデニンジヌクレオチド（NaAD）をNADに変換し、NAD生合成の最後のステップを触媒する。 NadEファミリーのいくつかのメンバーは、窒素供与体としてl-グルタミンを使用しており、NadEと命名されている。菌体の栄養状態や炭素/窒素比に応じて、これらのタンパク質が機能的な関係にあることを示唆している。ここでは、アフィニティークロマトグラフィー、バイオインフォマティクス解析、NAD合成酵素活性、バイオレイヤー干渉法アッセイを用いて、PIIとNadEが物理的に相互作用し、この複合体がNADによるNadE負帰還阻害を緩和することを示している。PII タンパク質アロステリックエフェクターと細胞内窒素レベルインジケータ 2-オキソグルタル酸（2-OG）は、生理学的な範囲内で PII-NadE 複合体の形成を抑制したことに注意してください。これらの結果は、ATP、ADP、2-OG、2-オキソグルタル酸、PII-グルタミン、NADのレベルの相互作用を示しており、コア窒素と炭素代謝物のレベルをバランスさせる代謝ハブとなっている可能性があることを示している。これらの知見は、PIIタンパク質がNadEの解離性調節サブユニットとして機能し、それによって細菌細胞の栄養状態に応じてNAD生合成を制御することを可能にするという考えを支持するものである。

NAD is a central metabolite participating in core metabolic redox reactions. The prokaryotic NAD synthetase enzyme NadE catalyzes the last step of NAD biosynthesis, converting nicotinic acid adenine dinucleotide (NaAD) to NAD Some members of the NadE family use l-glutamine as a nitrogen donor and are named NadE Previous gene neighborhood analysis has indicated that the bacterial gene is frequently clustered with the gene encoding the regulatory signal transduction protein PII, suggesting a functional relationship between these proteins in response to the nutritional status and the carbon/nitrogen ratio of the bacterial cell. Here, using affinity chromatography, bioinformatics analyses, NAD synthetase activity, and biolayer interferometry assays, we show that PII and NadE physically interact , that this complex relieves NadE negative feedback inhibition by NAD This mechanism is conserved in distantly related bacteria. Of note, the PII protein allosteric effector and cellular nitrogen level indicator 2-oxoglutarate (2-OG) inhibited the formation of the PII-NadE complex within a physiological range. These results indicate an interplay between the levels of ATP, ADP, 2-OG, PII-sensed glutamine, and NAD, representing a metabolic hub that may balance the levels of core nitrogen and carbon metabolites. Our findings support the notion that PII proteins act as a dissociable regulatory subunit of NadE, thereby enabling the control of NAD biosynthesis according to the nutritional status of the bacterial cell.

© 2020 Santos et al.