ヌクレオイド関連タンパク質GapRは、保存された構造要素を利用してDNAをオリゴマー化して結合する

The Nucleoid-Associated Protein GapR Uses Conserved Structural Elements To Oligomerize and Bind DNA.

• Rogério F Lourenço
• Saumya Saurabh
• Jonathan Herrmann
• Soichi Wakatsuki
• Lucy Shapiro

抄録

ヌクレオイド関連タンパク質（NAP）は、細菌の染色体の組織化と機能に重要なDNA結合タンパク質です。新たに発見されたGapRのNAPは、II型トポイソメラーゼを刺激してポジティブスーパーコイルを除去することで、染色体に沿った複製・転写機の移動を促進すると考えられている。ここでは、最近発表されたGapRのDNA結合結晶構造をもとに、GapRの遺伝学的・生化学的・生物物理学的研究を駆使して、GapRのオリゴマー化とDNA結合に関わる構造要素を同定した。さらに、GapRがDNAから解離しても4量体として維持され、4量体のGapRがDNA分子を結合できることを明らかにした。タンパク質キメラの解析により、GapRの2つのらせんがH-NSで機能的に保存されていることが明らかになった。ヌクレオイドは、細胞内に収まるようにコンパクトであると同時に、高い複製・転写速度を実現するために動的である必要がある。ヌクレオイド関連タンパク質（NAP）はこのプロセスで重要な役割を果たしており、その詳細な特性を明らかにすることは、細菌の細胞内でのDNA組織化を理解する上で非常に重要です。また、NAPはDNAに関連するプロセスに異なる影響を与えますが、その機能を発揮するためには、すべてのNAPがオリゴマー化してDNAと結合する必要があります。本研究の意義は、新たに発見されたNAPのオリゴマー化とDNA結合に関与する構造要素を同定し、進化的に遠く離れた機能的に異なるNAPにも構造要素が保存されていることを明らかにしたことにあります。

Nucleoid-associated proteins (NAPs) are DNA binding proteins critical for the organization and function of the bacterial chromosome. A newly discovered NAP in , GapR, is thought to facilitate the movement of the replication and transcription machines along the chromosome by stimulating type II topoisomerases to remove positive supercoiling. Here, utilizing genetic, biochemical, and biophysical studies of GapR in light of a recently published DNA-bound crystal structure of GapR, we identified the structural elements involved in oligomerization and DNA binding. Moreover, we show that GapR is maintained as a tetramer upon its dissociation from DNA and that tetrameric GapR is capable of binding DNA molecules Analysis of protein chimeras revealed that two helices of GapR are functionally conserved in H-NS, demonstrating that two evolutionarily distant NAPs with distinct mechanisms of action utilize conserved structural elements to oligomerize and bind DNA. Bacteria organize their genetic material in a structure called the nucleoid, which needs to be compact to fit inside the cell and, at the same time, dynamic to allow high rates of replication and transcription. Nucleoid-associated proteins (NAPs) play a pivotal role in this process, so their detailed characterization is crucial for our understanding of DNA organization into bacterial cells. Even though NAPs affect DNA-related processes differently, all of them have to oligomerize and bind DNA for their function. The significance of this study is the identification of structural elements involved in the oligomerization and DNA binding of a newly discovered NAP in and the demonstration that structural elements are conserved in evolutionarily distant and functionally distinct NAPs.

Copyright © 2020 Lourenço et al.