メリロティにおける走化性タンパク質のプログラムされた分解。C 末端領域の特徴が McpU の分解を制御している

Programmed degradation of chemotaxis proteins in meliloti: Features in the C-terminal region control McpU degradation.

• Timofey D Arapov
• Jiwoo Kim
• Rachel M Cronin
• Maya Pahima
• Birgit E Scharf

抄録

化学走性と運動性は、様々な生態学的ニッチにおいて、また病原性と共生性の宿主との相互作用において、細菌の生存を支える重要な形質である。化学走性刺激は、化学受容体やエチル受容性走性ロテイン（MCP）によって感知され、細菌細胞の遊泳行動を指示する。本研究では、植物共生体中の化学受容体の細胞内での豊富さが、アミノ酸残基を数個から数個まで添加し、そのC末端に3xFLAGや6xHisなどの共通エピトープタグを添加することで変化することを明らかにした。この現象とその基礎となる分子機構をさらに解明するために、私たちはアミノ酸センサーMcpUの詳細な解析に焦点を当てました。タンパク質分解の制御は、化学受容体の適切な化学量論を維持するために重要であり、化学受容体と化学戦術的シグナル伝達タンパク質の間の適切な化学量論を維持するためには、最適な化学戦術的応答に不可欠である。その結果、化学受容体の安定性が向上したのは、プロテアーゼとの結合が阻害されたためであり、その結果、プロテアーゼの分解効率に影響を与えているのではないかと考えられた。プロテアーゼ認識部位の位置は、一連の欠失およびアミノ酸置換変異体のMcpU安定性測定を介して定義されました。推定プロテアーゼ認識部位の欠失は、C末端で拡張したようにMcpUの豊富さに同様の効果を持っていた。この結果は、化学走性タンパク質のプログラムされたプロテオリシスが細胞周期に制御されていることを示すものである。この翻訳後の制御と転写レベルでの制御経路は、化学走性タンパク質の早期指数関数的な成長を制限している。共生細菌は、大気中の窒素を固定することで、農業的に貴重な宿主植物アルファルファの成長に大きく貢献している。アルファルファの根に向かって細胞の走化性は、この共生を媒介する。本研究では、プログラムされたタンパク質分解が化学走性システムの維持に関与していることを明らかにした。細胞周期に依存した、標的化された、選択的なタンパク質分解に関する知識は、適切な走化性応答を維持するための分子メカニズムを理解するために重要である。細胞周期の進行に伴うタンパク質のターンオーバー制御の役割は十分に理解されているが、これらの経路は、タンパク質の定量化のためのエピトープタグの使用に注意が必要であることを警告する必要がある。

Chemotaxis and motility are important traits supporting bacterial survival in various ecological niches and in pathogenic and symbiotic host interaction. Chemotactic stimuli are sensed by chemoreceptors or ethyl-accepting hemotaxis roteins (MCPs), which direct the swimming behavior of the bacterial cell. In this study, we present evidence that the cellular abundance of chemoreceptors in the plant-symbiont can be altered by the addition of several to as few as one amino acid residue, and including common epitope tags such as 3xFLAG and 6xHis to their C-termini. To further dissect this phenomenon and its underlying molecular mechanism, we focused on a detailed analysis of the amino acid sensor McpU. Controlled proteolysis is important for the maintenance of an appropriate stoichiometry of chemoreceptors and between chemoreceptors and chemotactic signaling proteins, which is essential for an optimal chemotactic response. We hypothesized that enhanced stability is due to interference with protease binding, thus affecting proteolytic efficacy. Location of the protease recognition site was defined through McpU stability measurements in a series of deletion and amino acid substitution mutants. Deletions in the putative protease recognition site had similar effects on McpU abundance as did extensions at the C-terminus. Our results provide evidence that the programmed proteolysis of chemotaxis proteins in is cell-cycle regulated. This post-translational control together with regulatory pathways on the transcriptional level limit the chemotaxis machinery to early exponential growth. Our study identified parallels to cell-cycle dependent processes during asymmetric cell division in The symbiotic bacterium contributes greatly to growth of the agriculturally valuable host plant alfalfa by fixing atmospheric nitrogen. Chemotaxis of cells towards alfalfa roots mediates this symbiosis. The present study establishes programmed proteolysis as a factor in the maintenance of the chemotaxis system. Knowledge about cell-cycle dependent, targeted, and selective proteolysis in is important to understand the molecular mechanisms of maintaining a suitable chemotaxis response. While the role of regulated protein turnover in the cell-cycle progression of is well understood, these pathways are just beginning to be characterized in In addition, our study should alert about the cautionary use of epitope tags for protein quantification.

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