ペルオキシダーゼAhpCの可塑性は、複数の基質と多様なジスルフィド還元経路を結びつけている

Plasticity of the peroxidase AhpC links multiple substrates to diverse disulfide-reducing pathways in Shewanella oneidensis.

• Xue Feng
• Kailun Guo
• Haichun Gao

抄録

AhpCは細菌の代表的な2-Cysペルオキシレドキシン（Prxs）であり、幅広い基質特異性と機能的可塑性を持つ。しかし、AhpC のこれら 2 つの重要な特性を支える詳細は明らかにされていない。本研究では、グラム陰性嫌気性細菌シェワネラ・ワンイデンシス（Shewanella oneidensis）におけるAhpCの機能と制御機構を研究した。本研究では、AhpCが転写調節因子OxyRの活性化、転写の減衰、翻訳の減少を含む複雑なメカニズムを介して、用量や時間に依存して産生された場合にのみ、抑制が成功することを示した。AhpCの切断変異体を解析することにより、H2O2ではなく有機過酸化物（OP）との反応性が突然変異誘発に強いことを示した。また、無傷のAhpCは同族還元酵素AhpFによってのみリサイクルされ、Prxドメインや極端なC末端5残基を欠いたAhpC変異体はAhpFに加えてチオレドキシン還元酵素TrxRやグルタチオン還元酵素Gorの電子受容体となり、AhpCの機能的可塑性に新たな側面があることを示唆している。最後に、S. oneidensisのAhpCの活性は大腸菌のそれよりも変異の影響を受けにくいことを示した。これらの知見は、細菌のAhpCの生理的役割は、生物によって異なる酸化的課題に適応しており、その機能的可塑性はこれまでに報告されているよりもさらに広範であることを示唆しています。

AhpC is a bacterial representative of 2-Cys peroxiredoxins (Prxs) with broad substrate specificity and functional plasticity. However, details underpinning these two important attributes of AhpC remain unclear. Here, we studied the functions and mechanisms of regulation of AhpC in the facultative Gram-negative anaerobic bacterium Shewanella oneidensis, in which AhpC's physiological roles can be conveniently assessed through its suppression of a plating defect due to the genetic loss of a major catalase. We show that successful suppression can be achieved only when AhpC is produced in a dose- and time-dependent manner through a complex mechanism involving activation of the transcriptional regulator OxyR, transcription attenuation, and translation reduction. By analyzing AhpC truncation variants, we demonstrate that reactivity with organic peroxides (OPs) rather than H2O2 is resilient to mutagenesis, implying that OP reduction is the core catalytic function of AhpC. Intact AhpC could be recycled only by its cognate reductase AhpF, and AhpC variants lacking the Prx domain or the extreme C-terminal five residues became promiscuous electron acceptors from the thioredoxin reductase TrxR and the glutathione reductase Gor in addition to AhpF, implicating an additional dimension to functional plasticity of AhpC. Finally, we show that the activity of S. oneidensis AhpC is less affected by mutations than that of its Escherichia coli counterpart. These findings suggest that the physiological roles of bacterial AhpCs are adapted to different oxidative challenges, depending on the organism, and that its functional plasticity is even more extensive than previously reported.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.