McsBアルギニンキナーゼのClp依存性分解機構への関与の解明

The Involvement of the McsB Arginine Kinase in Clp-Dependent Degradation of the MgsR Regulator in .

• Lars Lilge
• Alexander Reder
• Frank Tippmann
• Friedrich Morgenroth
• Janice Grohmann
• Dörte Becher
• Katharina Riedel
• Uwe Völker
• Michael Hecker
• Ulf Gerth

抄録

遺伝学的には、ストレスや飢餓などの環境の摂動の間に重要な役割を果たしています。MgsRレギュレーターは、ストレス・定常相σレギュレーター内のサブレギュレーターを制御しています。エタノール曝露と活性の短い時間幅の後、MgsRは約6分の半減期でClpXP依存的に分解されます。驚くべきことに、MgsRとの相互作用解析により、McsBアルギニンキナーゼとの関連性が明らかになり、分解アッセイによりMcsBがMgsRの分解に強い影響を与えることが確認された。その後、MgsR 基質の部位特異的変異誘発法を用いて、すべてのアルギニン残基をグルタミン酸（R-E）で置換し、アルギニンのリン酸化を模倣し、MgsR の分解に及ぼす影響を調べた。その結果、特に R33E と R94/95E 残基（RRPI モチーフ）は、3D モデルでは 2 つのレドックス感受性システインに隣接する位置にあり、MgsR の分解を促進する可能性があることが判明した。これらの結果は、選択的なアルギニンリン酸化が、短命制御タンパク質のClp依存性分解に好ましい効果をもたらす可能性を示唆している。McsBはClpC ATPaseのキナーゼ活性とアダプター機能に加えて、MgsRの分解機構においてClpX ATPaseのタンパク質分解アダプターとしても機能している可能性が示唆された。

Regulated ATP-dependent proteolysis is a common feature of developmental processes and plays also a crucial role during environmental perturbations such as stress and starvation. The MgsR regulator controls a subregulon within the stress- and stationary phase σ regulon. After ethanol exposition and a short time-window of activity, MgsR is ClpXP-dependently degraded with a half-life of approximately 6 min. Surprisingly, a protein interaction analysis with MgsR revealed an association with the McsB arginine kinase and an degradation assay confirmed a strong impact of McsB on MgsR degradation. phosphorylation experiments with arginine (R) by lysine (K) substitutions in McsB and its activator McsA unraveled all R residues, which are essentially needed for the arginine kinase reaction. Subsequently, site directed mutagenesis of the MgsR substrate was used to substitute all arginine residues with glutamate (R-E) to mimic arginine phosphorylation and to test their influence on MgsR degradation . It turned out, that especially the R33E and R94/95E residues (RRPI motif), the latter are adjacently located to the two redox-sensitive cysteines in a 3D model, have the potential to accelerate MgsR degradation. These results imply that selective arginine phosphorylation may have favorable effects for Clp dependent degradation of short-living regulatory proteins. We speculate that in addition to its kinase activity and adaptor function for the ClpC ATPase, McsB might also serve as a proteolytic adaptor for the ClpX ATPase in the degradation mechanism of MgsR.

Copyright © 2020 Lilge, Reder, Tippmann, Morgenroth, Grohmann, Becher, Riedel, Völker, Hecker and Gerth.