バクテリアマルチキナーゼネットワーク内でのシグナルフローの合成制御

Synthetic Control of Signal Flow Within a Bacterial Multi-Kinase Network.

• Kimberly A Kowallis
• Elayna M Silfani
• Amanda P Kasumu
• Grace Rong
• Victor So
• W Seth Childers

抄録

バクテリアのシグナル伝達ネットワークの信号処理能力は、合成生物学のための高度なリン酸化シグナル伝達システムのための巨大な可能性を提供しています。新たなモデルは、複雑な発生には、かつては分離されたシグナル伝達アレイと考えられていたもの同士の相互接続が必要であることを示唆しています。例えば、新種のシグナル伝達経路の出力を感知して第二の経路を調節する新しい疑似キナーゼDivLを利用することで、非対称な分裂という偉業を達成しています。これまでに、DivLは保存されたキナーゼの構造変化やタンパク質間相互作用を利用してシグナルの流れを逆転させることが提案されている。このようなネットワークの逆シグナル伝達を合成的に刺激するために、我々はDivLをベースとした一連のモジュレーターを設計した。また、DivLシグナル伝達ヘリックスを介した構造変化を刺激することで、ネットワークの特徴である細胞極での運動性やDivLの蓄積性に変化が生じた。また、保存されているPASセンサー伝達モチーフへの変異は、逆シグナル伝達の流れを乱すことがわかった。本研究では、合成刺激とセンサー破壊が、合成経路の合理的な設計と検証のためのシグナル伝達回路の構成原理を定義するための戦略を提供することを提案する。

The signal processing capabilities of bacterial signaling networks offer immense potential for advanced phospho-signaling systems for synthetic biology. Emerging models suggest that complex development may require interconnections between what were once thought to be isolated signaling arrays. For example, achieves the feat of asymmetric division by utilizing a novel pseudokinase DivL, which senses the output of one signaling pathway to modulate a second pathway. It has been proposed that DivL reverses signal flow by exploiting conserved kinase conformational changes and protein-protein interactions. We engineered a series of DivL-based modulators to synthetically stimulate reverse signaling of the network . Stimulation of conformational changes through the DivL signal transmission helix resulted in changes to hallmark features of the network: motility and DivL accumulation at the cell poles. Additionally, mutations to a conserved PAS sensor transmission motif disrupted reverse signaling flow . We propose that synthetic stimulation and sensor disruption provide strategies to define signaling circuit organization principles for the rational design and validation of synthetic pathways.