AimBは細胞サイズとMreBの組み立てを制御する小型タンパク質である

AimB Is a Small Protein Regulator of Cell Size and MreB Assembly.

• John N Werner
• Handuo Shi
• Jen Hsin
• Kerwyn Casey Huang
• Zemer Gitai
• Eric A Klein

抄録

MreBアクチン様細胞骨格は、多くの細菌において細胞の形状を調整するダイナミックなポリマーに組み立てられる。他のほとんどの細胞骨格系とは対照的に、MreBと相互作用するタンパク質はほとんど存在しない。ここでは、Caulobacter crescentus由来の小さなタンパク質、MreBの集合体阻害剤（AimB）を同定した。AimBの過剰発現は、MreB重合の阻害を模倣し、細胞幅の増大とMreBの非局在化をもたらした。さらに、AimBは必須であると考えられ、AimBが枯渇すると細胞幅が減少し、MreB集合体の低分子阻害剤であるA22に対する抵抗性が増加することがわかった。分子動力学シミュレーションの結果、AimBはMreBのモノマー-モノマープロトフィラメント相互作用クレフトでMreBと結合しており、大腸菌MreBよりもC.crescentus MreBの方がAimBの大きさと開口度が近いため、この相互作用が有利であることが示唆された。このモデルは、AimBとMreBの両方の点変異体の機能解析、部位特異的な非天然アミノ酸を用いた光架橋研究、およびAimBの種特異的な活性によって支持されている。以上の結果から、AimBがモノマー-モノマー相互作用を阻害することでMreBのダイナミクスを促進していることが明らかとなり、アクチン様ポリマーを制御する新たなメカニズムが明らかとなり、無毒なMreBアセンブリ阻害剤が初めて同定された。AimBは104個のアミノ酸しかなく、小タンパク質の特徴が乏しいことが多いため、我々の研究は、このクラスの細菌の細胞骨格調節因子がより多く存在する可能性を示唆している。したがって、FtsZや真核生物のアクチンのように、MreBは、その正確なアセンブリとダイナミクスを調整するための調節因子の豊富なレパートリーを持っている可能性があります。

The MreB actin-like cytoskeleton assembles into dynamic polymers that coordinate cell shape in many bacteria. In contrast to most other cytoskeleton systems, few MreB-interacting proteins have been well characterized. Here, we identify a small protein from Caulobacter crescentus, an assembly inhibitor of MreB (AimB). AimB overexpression mimics inhibition of MreB polymerization, leading to increased cell width and MreB delocalization. Furthermore, aimB appears to be essential, and its depletion results in decreased cell width and increased resistance to A22, a small-molecule inhibitor of MreB assembly. Molecular dynamics simulations suggest that AimB binds MreB at its monomer-monomer protofilament interaction cleft and that this interaction is favored for C. crescentus MreB over Escherichia coli MreB because of a closer match in the degree of opening with AimB size, suggesting coevolution of AimB with MreB conformational dynamics in C. crescentus. We support this model through functional analysis of point mutants in both AimB and MreB, photo-cross-linking studies with site-specific unnatural amino acids, and species-specific activity of AimB. Together, our findings are consistent with AimB promoting MreB dynamics by inhibiting monomer-monomer assembly interactions, representing a new mechanism for regulating actin-like polymers and the first identification of a non-toxin MreB assembly inhibitor. Because AimB has only 104 amino acids and small proteins are often poorly characterized, our work suggests the possibility of more bacterial cytoskeletal regulators to be found in this class. Thus, like FtsZ and eukaryotic actin, MreB may have a rich repertoire of regulators to tune its precise assembly and dynamics.

Copyright © 2020 Biophysical Society. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.