緑膿菌由来ヌクレオイド関連タンパク質Fis（PA4853）の結晶構造解析

Crystal structure of the nucleoid-associated protein Fis (PA4853) from Pseudomonas aeruginosa.

• Juan Zhou
• Zengqiang Gao
• Heng Zhang
• Yuhui Dong

抄録

反転刺激因子（Fis）は、直接DNAに結合し、DNAトポロジーに影響を与えるためにDNAを曲げることができる汎用性の高い細菌ヌクレオイド関連タンパク質です。また、細菌の病原性因子を調節し、様々な環境への細菌の適応を最適化する上で重要な役割を果たしています。緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）由来のFis（PA4853、PaFisと呼ばれる）は、最近、III型分泌系（T3SS）遺伝子の発現を調節することにより、病原性に必要であることが発見されました。PaFisは、T3SSマスターレギュレーターとして機能するexsAのプロモーター領域に特異的に結合してその発現を制御することができ、exsBからexsAへの転写伸長に重要な役割を果たしています。ここでは、4つのらせん束からなり、ホモ二量体を形成するPaFisの結晶構造を報告する。PaFisは、よく研究されている大腸菌Fis(EcFis)と構造的に類似しており、N末端のフレキシブルループやC末端のヘリックスターンヘリックス(HTH)モチーフを含む。しかし、EcFisのN末端ループのHin触媒によるDNA反転に重要な残基はPaFisには保存されておらず、その正確な役割を調べるためにはさらなる研究が必要である。ゲル電気泳動による移動度シフトアッセイにより、PaFisはexsAのプロモーター領域に効率的に結合できることが示された。また、構造に基づいた突然変異誘発法により、HTHモチーフのいくつかの保存された塩基性残基がDNA結合に重要な役割を果たしていることが明らかになった。これらの構造および生化学的研究は、T3SSの発現制御および病原性におけるPaFisの役割の理解に役立つ可能性がある。

Factor for inversion stimulation (Fis) is a versatile bacterial nucleoid-associated protein that can directly bind and bend DNA to influence DNA topology. It also plays crucial roles in regulating bacterial virulence factors and in optimizing bacterial adaptation to various environments. Fis from Pseudomonas aeruginosa (PA4853, referred to as PaFis) has recently been found to be required for virulence by regulating the expression of type III secretion system (T3SS) genes. PaFis can specifically bind to the promoter region of exsA, which functions as a T3SS master regulator, to regulate its expression and plays an essential role in transcription elongation from exsB to exsA. Here, the crystal structure of PaFis, which is composed of a four-helix bundle and forms a homodimer, is reported. PaFis shows remarkable structural similarities to the well studied Escherichia coli Fis (EcFis), including an N-terminal flexible loop and a C-terminal helix-turn-helix (HTH) motif. However, the critical residues for Hin-catalyzed DNA inversion in the N-terminal loop of EcFis are not conserved in PaFis and further studies are required to investigate its exact role. A gel-electrophoresis mobility-shift assay showed that PaFis can efficiently bind to the promoter region of exsA. Structure-based mutagenesis revealed that several conserved basic residues in the HTH motif play essential roles in DNA binding. These structural and biochemical studies may help in understanding the role of PaFis in the regulation of T3SS expression and in virulence.