マラリア寄生虫におけるプラスチッドの生合成には、Clpタンパク質分解系の相互作用と触媒活性が必要であることが明らかになった

Plastid biogenesis in malaria parasites requires the interactions and catalytic activity of the Clp proteolytic system.

• Anat Florentin
• Dylon R Stephens
• Carrie F Brooks
• Rodrigo P Baptista
• Vasant Muralidharan

抄録

ヒトマラリア寄生虫は、アピコプラストと呼ばれる必須のプラスチッドを含んでいる。アピコプラストのタンパク質の多くは核ゲノムにコードされているが、アピコプラストのプロテオームがどのように制御されているのかは不明である。本研究では、アピコプラストに局在するカゼ溶解性プロテアーゼ（Clp）システムと、それがオルガネラのプロテオスタシスをどのように制御しているかを研究している。その結果、Clpプロテアーゼ（ClpP）がアピコプラストの生合成に不可欠な酵素活性を有していることが明らかになった。触媒的に死んだClpPを発現させるためにCRISPR/Cas9をベースとしたシステムを開発し、ClpPがザイモゲンとしてオリゴマー化し、超自己触媒作用を介して成熟することを示した。野生型および変異型Clpシャペロン(ClpC)変異体の発現により、機能的なシャペロン-プロテアーゼ相互作用が明らかになった。また、基質アダプター（ClpS）の条件付き変異体は、プラスチッドの生合成に不可欠な機能を示した。また、複数のアフィニティー精製スクリーニングを組み合わせた結果、Clp複合体の組成とClp基質が同定された。この包括的な研究は、アピコプラストClpシステムのタンパク質分解機能に影響を与える分子組成と相互作用を明らかにし、マラリア寄生虫におけるプラスチッドの生合成における中心的な役割を実証するものである。

The human malaria parasite, , contains an essential plastid called the apicoplast. Most apicoplast proteins are encoded by the nuclear genome and it is unclear how the plastid proteome is regulated. Here, we study an apicoplast-localized caseinolytic-protease (Clp) system and how it regulates organelle proteostasis. Using null and conditional mutants, we demonstrate that the Clp protease (ClpP) has robust enzymatic activity that is essential for apicoplast biogenesis. We developed a CRISPR/Cas9-based system to express catalytically dead ClpP, which showed that ClpP oligomerizes as a zymogen and is matured via transautocatalysis. The expression of both wild-type and mutant Clp chaperone (ClpC) variants revealed a functional chaperone-protease interaction. Conditional mutants of the substrate-adaptor (ClpS) demonstrated its essential function in plastid biogenesis. A combination of multiple affinity purification screens identified the Clp complex composition as well as putative Clp substrates. This comprehensive study reveals the molecular composition and interactions influencing the proteolytic function of the apicoplast Clp system and demonstrates its central role in the biogenesis of the plastid in malaria parasites.