カロバクター三日月鞭毛モーターのin situ構造とCheYホモログの結合の可視化

In situ structure of the Caulobacter crescentus flagellar motor and visualization of binding of a CheY-homolog.

• Florian M Rossmann
• Isabelle Hug
• Matteo Sangermani
• Urs Jenal
• Morgan Beeby

抄録

細菌べん毛の運動は、CheYタンパク質がべん毛モーターの細胞質スイッチ複合体に結合することで、泳ぎの速度や方向が変化することで制御されている。しかし、CheYは運動機能に重要な役割を果たしているにもかかわらず、エフェクター蛋白質と運動機能の相互作用に関する構造的な情報はほとんどありません。このような知見のギャップに対処するために、私たちは電子線クライオトモグラフィーとサブトモグラム平均化法を用いて、コーロバクター・クレセントゥス細胞内のこのような相互作用を可視化しました。C. crescentusでは、いくつかのCheYホモログが細菌の生活様式のさまざまな側面の運動機能を制御している。CheYファミリータンパク質CleDとべん毛運動の制御中枢である細胞質のクリングスイッチ複合体との結合をサブトモグラム平均法を用いて画像化したところ、CheYファミリータンパク質CleDが細胞質に結合していることが確認された。これにより、モータースイッチタンパク質FliMの配向とCheYタンパク質ファミリーのメンバーがCリングの外縁に結合していることが明確に確認された。また、これまで知られていなかったアルファプロテオバクテリアべん毛モーターの構造的特徴を明らかにし、2つの新規なペリプラズムリング構造や11個のステーターユニットを持つステーターリングなど、細菌べん毛の多様性についてのカタログが増えている。

Bacterial flagellar motility is controlled by the binding of CheY proteins to the cytoplasmic switch complex of the flagellar motor, resulting in changes in swimming speed or direction. Despite its importance for motor function, structural information about the interaction between effector proteins and the motor are scarce. To address this gap in knowledge, we used electron cryotomography and subtomogram averaging to visualize such interactions inside Caulobacter crescentus cells. In C. crescentus, several CheY homologs regulate motor function for different aspects of the bacterial lifestyle. We used subtomogram averaging to image binding of the CheY family protein CleD to the cytoplasmic Cring switch complex, the control center of the flagellar motor. This unambiguously confirmed the orientation of the motor switch protein FliM and the binding of a member of the CheY protein family to the outside rim of the C ring. We also uncovered previously unknown structural elaborations of the alphaproteobacterial flagellar motor, including two novel periplasmic ring structures, and the stator ring harboring eleven stator units, adding to our growing catalog of bacterial flagellar diversity.

© 2020 The Authors. Molecular Microbiology published by John Wiley & Sons Ltd.