葉緑体アセチル-CoAカルボキシラーゼのBADCとBCCPサブユニットは、明暗サイクルのpH変化を感知している

The BADC and BCCP subunits of chloroplast acetyl-CoA carboxylase sense the pH changes of the light-dark cycle.

• Yajin Ye
• Yan G Fulcher
• David J Sliman
• Mizani T Day
• Mark J Schroeder
• Rama K Koppisetti
• Philip D Bates
• Jay J Thelen
• Steven R Van Doren

抄録

アセチル-CoAカルボキシラーゼ（ACCase）は、脂肪酸の合成において最初にコミットされたステップを触媒する。葉緑体のマルチサブユニットACCaseは、光適応時にpH8にシフトすることで活性化され、暗順応時にpH7にシフトすることで阻害される。ここでは、精製されたACCaseビオチンアタッチメントドメイン含有（BADC）とビオチンカルボキシルキャリアタンパク質（BCCP）サブユニットとの滴定は、それらが競争力を持って独立してビオチンカルボキシラーゼ（BC）を結合することができますが、明または暗条件の間にプラスチックストロマのそれらを表すpH変化への応答が異なることを示した。リン酸緩衝液中のpH7では、BADC1とBADC2はBCに対する親和性においてBCCP1とBCCP2よりも優位になる。一方、KCl溶液中のpH8では、BCCP1とBCCP2はBADC1よりも10倍以上高いBCに対する親和性を示した。BCCPとBADCのパートナーに対するBC選好性のpH変化は、これらのパートナーがヘテロメリックACCaseの光依存性制御に寄与していることを示唆している。その結果、pH7ではBADCとBCCPサブユニットの内在性の乱れが増加していることがわかった。 この内在性の乱れは、"フライキャスティング機構"を介してBCとの高速結合を促進する可能性があることを示唆している。BADCとBCCPサブユニットのpH効果は、夜間にはACCase活性を減衰させ、日中には活性を高めるという仮説を立てた。この仮説と一致するように、明暗サイクルで生育した変異株では、種子中でより多くの脂肪酸が合成されていた。以上のことから、BADC と BCCP サブユニットは、異性化した ACCase 活性の光依存的な切り替えに必要な pH センサーとして機能していることが明らかになった。

Acetyl-CoA carboxylase (ACCase) catalyzes the first committed step in the synthesis of fatty acids. The multisubunit ACCase in the chloroplast is activated by a shift to pH 8 upon light adaptation and is inhibited by a shift to pH 7 upon dark adaptation. Here, titrations with the purified ACCase biotin attachment domain-containing (BADC) and biotin carboxyl carrier protein (BCCP) subunits from indicated that they can competently and independently bind biotin carboxylase (BC) but differ in responses to pH changes representing those in the plastid stroma during light or dark conditions. At pH 7 in phosphate buffer, BADC1 and BADC2 gain an advantage over BCCP1 and BCCP2 in affinity for BC. At pH 8 in KCl solution, however, BCCP1 and BCCP2 had more than 10-fold higher affinity for BC than did BADC1. The pH-modulated shifts in BC preferences for BCCP and BADC partners suggest they contribute to light-dependent regulation of heteromeric ACCase. Using NMR spectroscopy, we found evidence for increased intrinsic disorder of the BADC and BCCP subunits at pH 7. We propose that this intrinsic disorder potentially promotes fast association with BC through a "fly-casting mechanism." We hypothesize that the pH effects on the BADC and BCCP subunits attenuate ACCase activity by night and enhance it by day. Consistent with this hypothesis, mutant lines grown in a light-dark cycle synthesized more fatty acids in their seeds. In summary, our findings provide evidence that the BADC and BCCP subunits function as pH sensors required for light-dependent switching of heteromeric ACCase activity.

© 2020 Ye et al.