細菌化学受容体は、連動するエントロピー駆動型スイッチを介して刺激信号を伝達する

科学分野:

• 微生物学
• 分子生物学
• 生化学

背景:

• 膜貫通型センサータンパク質は、リガンド結合時に構造変化を起こすことでシグナル伝達を媒介する。
• これらの動的な構造変化を理解することは、細胞内コミュニケーション経路を解読するために不可欠である。
• Tsrのような細菌化学受容体は、刺激応答カップリングを研究するためのモデルシステムである。

研究 の 目的:

• 細菌化学受容体Tsrの細胞質シグナル伝達ドメイン内での構造変化の伝播を調査する。
• Tsrにおけるキナーゼ出力制御の構造メカニズムを特定する。
• 特定の残基置換が受容体の動態と機能の調節に果たす役割を探る。

主な方法:

• キナーゼ活性をONまたはOFF状態に固定するアミノ酸置換を有する変異型Tsr受容体の工学。
• 構造解析のための架橋および機能評価のためのキナーゼ活性測定を含む生体内アッセイ。
• 変異型受容体の原子モデルを生成し、予測される構造変化を分析するためにAlphaFold 3を利用した。

主要な成果:

• 変異部位で開始された構造変化は、有意な散逸なしにTsrシグナル伝達ドメイン全体に双方向に伝播した。
• これらの伝播挙動は、Tsrホモ二量体に固有であり、より大きなシグナル伝達複合体の影響を受けなかった。
• AlphaFold 3モデルは、変異がヘリックスパッキングを変化させ、一部は局所的な安定性を低下させ、他方は安定性を向上させることを明らかにし、シグナル伝達経路における2つの「エントロピー駆動型スイッチ」を特定した。

結論:

• 化学受容体シグナル伝達は動的なスイッチを伴い、キナーゼOFF変異は細胞質ドメイン全体で異なる安定性効果を示した。
• 本研究結果は、膜貫通型受容体におけるキナーゼ出力制御および構造的カップリングのメカニズムに関する新たな洞察を提供する。
• 本研究は、実験的な細胞シグナル伝達データと計算モデリング（AlphaFold 3）の組み合わせが、タンパク質の構造と機能の解析に相乗的な可能性を持つことを強調する。