RavZとATG4Bによるオートファジータンパク質LC3-PEの処理機構の違い

Distinct mechanisms for processing autophagy protein LC3-PE by RavZ and ATG4B.

• Aimin Yang
• Supansa Pantoom
• Yaowen Wu

抄録

オートファジーは、タンパク質、小器官、病原体の排除に関わる保存された異化過程である。ホスファチジルエタノールアミン（PE）に結合した脂質化されたLC3タンパク質は、オートファゴソームのバイオジェネシスにおいて重要な役割を果たしている。内因性ATG4によるLC3-PEの脱結合は、LC3のリサイクルに必要である。しかし、レジオネラ菌のエフェクターであるRavZはLC3-PEを不可逆的に脱コンジュゲートし、オートファジーを阻害する。ATG4とRavZがどのように異なるモードでLC3-PEを処理するのかは明らかになっていない。ここでは、C末端の変異または挿入を含む一連の半合成LC3-PEタンパク質を用いて、LC3-PEのC末端構造とATG4/RavZ媒介のデコンジュゲーションとの関係を調べた。分子ドッキングと生化学的アッセイを組み合わせて、LC3-PEのGln 116, Phe 119, Gly 120がRavZとATG4Bの両方による切断に必要であること、一方、Glu 117（LC3）はRavZによる切断に特異的であることを明らかにした。この分子ルーラー機構はATG4Bの活性部位には存在するが、RavZには存在しない。また、RavZ の活性部位にある Met 63 と Gln 64 が LC3 の C 末端モチーフの受容に関与していることが明らかになった。我々の知見は、ATG4およびRavZとLC3 C末端モチーフ(116-120)の異なる結合様式が、開裂部位の特異性を決定している可能性を示している。

Autophagy is a conserved catabolic process involved in the elimination of proteins, organelles and pathogens. Lipidated LC3 proteins that are conjugated to phosphatidylethanolamine (PE) play a key role in autophagosome biogenesis. Endogenous ATG4-mediated deconjugation of LC3-PE is required for LC3 recycling. However, the Legionella effector RavZ irreversibly deconjugates LC3-PE to inhibit autophagy. It is not clear how ATG4 and RavZ process LC3-PE with distinct modes. Herein, a series of semi-synthetic LC3-PE proteins containing C-terminal mutations or insertions were used to investigate the relationship of the C-terminal structure of LC3-PE with ATG4/RavZ-mediated deconjugation. Using a combination of molecular docking and biochemical assays, we found that Gln 116 , Phe 119 and Gly 120 of LC3-PE are required for the cleavage by both RavZ and ATG4B, while Glu 117 (LC3) is specific for the cleavage by RavZ. The molecular ruler mechanism exists in the active site of ATG4B but not in RavZ. Met 63 and Gln 64 at the active site of RavZ are involved in accommodating LC3 C-terminal motif. Our findings show that the distinct binding modes of LC3 C-terminal motif (116-120) with ATG4 and RavZ may determine the specificity of cleavage site.

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