シロイヌナズナのフィトクロム A の構造は、植物の光受容体アイソフォーム間のトポロジー的および機能的多様性を明らかにします

Nature Plants (2023)この記事を引用

3 オルトメトリック

メトリクスの詳細

植物は、フィトクロム (Phy) 光受容体の多様なコホートを利用して、不活性 Pr 配座異性体と活性 Pfr 配座異性体の間の可逆的な光相互変換を通じて形態形成の多くの側面を制御します。 最も影響力のある 2 つは PhyA です。PhyA では Pfr を保持することで薄暗い光の感覚が可能になりますが、PhyB では Pfr が相対的に不安定であるため、完全な太陽と温度の検出により適しています。 これらの対照をよりよく理解するために、我々は、低温電子顕微鏡法によって、Pr.としての全長PhyAの三次元構造を解明した。 PhyB と同様に、PhyA は C 末端ヒスチジンキナーゼ関連ドメイン (HKRD) の頭対頭集合を通じて二量体化し、残りは頭対尾の光応答性プラットフォームとして集合します。 PhyB 二量体ではプラットフォームと HKRD が非対称に結合しますが、PhyA ではこれらの偏った結合は存在しません。 切断変異体と部位特異的変異体の解析により、このデカップリングとプラットフォーム集合の変化がPhyAのPfr安定性に機能的な影響を与えることが明らかになり、植物のPhy構造の多様化が光と温度の知覚をどのように拡張したかが浮き彫りになった。

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図2および3のすべてのPfr→Pr熱復帰グラフのソースデータ。 5〜7は補足表2に提供されています。完全なSDS-PAGEゲルの画像は補足図3に提供されています。3.2Åの分解能での全長シロイヌナズナPhyA二量体の3DクライオEMコンセンサスマップはEMDBに寄託されていますアクセッションコードEMD-28870のデータベース。 焦点を絞り込んだプラットフォームと平均解像度 3.1 Å および 3.4 Å の HKRD マップは、アクセッション コード EMD-28871 および EMD-28872 で EMDB データベースに登録されています。 複合 3D マップはアクセッション コード EMD-28869 で EMDB データベースに登録されており、対応する原子モデルは PDB コード 8F5Z で RCSB データベースで利用できます。 この研究では、アクセッション コード 2VEA、6TC5、6TC7、6TL4、4U7O、および 7RZW で RCSB データベース (http://www.rcsb.org) から取得した、Phys および伝達物質ヒスチジン キナーゼのいくつかの公的に入手可能なタンパク質構造を利用しました。 ソースデータはこのペーパーに付属しています。

Legris, M.、Ince, YC & Fankhauser, C. 植物におけるフィトクロム制御の形態形成の根底にある分子機構。 ナット。 共通。 10、5219 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Burgie、ES & Vierstra、RD フィトクロム: 光活性化とシグナル伝達に関する原子の視点。 植物細胞 26、4568–4583 (2014)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

KA フランクリンとPH ウズラ フィトクロムはシロイヌナズナの発育に機能します。 J.Exp. ボット。 61、11–24 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Legris、M. et al. フィトクロム B は、シロイヌナズナの光と温度の信号を統合します。 サイエンス 354、897–900 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Jung、JH et al. フィトクロムはシロイヌナズナの温度センサーとして機能します。 サイエンス 354、886–889 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

バーギー、ES 他。 異なる生物物理学的特性が、植物フィトクロムファミリー内の固有のシグナル伝達の可能性を支えています。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 118、e2105649118 (2021)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ノースカロライナ州ロックウェルと JC ラガリアス 3D におけるフィトクロムの進化: 削除、重複、多様化。 新しいフィトール。 225、2283–2300 (2020)。

論文 PubMed Google Scholar

Isaksson、L. et al. 溶液中のフィトクロムのシグナル伝達機構。 構造 29、151–160.e3 (2021)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

バーギー、ES 他。 結晶状態におけるフィトクロム光感覚モジュールの光可逆的相互変換。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 117、300–307 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

カリーロ、M. et al. フィトクロム光サイクルにおける一時的な中間体の高解像度結晶構造。 構造 29、743–754.e4 (2021)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

タカラ、H.ら。 フィトクロム光センサーにおけるシグナルの増幅と伝達。 Nature 509、245–248 (2014)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Burgie, ES、Zhang, J. & Vierstra, RD 光活性化状態のデイノコッカス フィトクロムの結晶構造は、光変換中の構造再配列のカスケードを明らかにします。 ストラクチャー 24、448–457 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Anders, K.、Daminelli-Widany, G.、Mroginski, MA、von Stetten, D. & Essen, LO シアノバクテリアのフィトクロム 2 光センサーの構造は、フィトクロム シグナル伝達のトリプトファン スイッチを意味します。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． 化学。 288、35714–35725 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Etzl, S.、Lindner, R.、Nelson, MD & Winkler, A. 光遺伝学応用のための人工赤色光制御グアニル酸/アデニル酸シクラーゼの構造に基づく設計と機能特性評価。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． 化学。 293、9078–9089 (2018)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gourinchas, G. et al. 赤色光で調節されるジグアニリルシクラーゼにおける長距離アロステリックシグナル伝達。 科学。 上級 3、e1602498 (2017)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

ムルタマキ、E. et al. 2 つのパラダイム バクテリオフィトクロムの比較分析により、2 成分シグナル伝達における反対の機能が明らかになります。 ナット。 共通。 12、4394 (2021)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

メイン州オールドリッジとケンタッキー州フォレスト 細菌のフィトクロム: 光を超えるもの。 クリティカル。 Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｒｅｖ． モル。 バイオル。 46、67–88 (2011)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Bhoo, SH、Davis, SJ、Walker, J.、Karniol, B. & Vierstra, RD バクテリオフィトクロムは、ビリベルジン発色団を使用するフォトクロミック ヒスチジン キナーゼです。 Nature 414、776–779 (2001)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Yeh、KC、Wu、SH、Murphy、JT & Lagarias、JC シアノバクテリアのフィトクロム 2 成分光感覚システム。 サイエンス 277、1505–1508 (1997)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

リー、FW 他緑色植物のフィトクロムの多様性と標準的な植物フィトクロムの起源。 ナット。 共通。 6、7852 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Elich, TD & Chory, J. フィトクロム: ヒスチジンキナーゼのように見え、匂いがする場合、それはヒスチジンキナーゼですか? セル 91、713–716 (1997)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Li、H.、Burgie、ES、Gannam、ZTK、Li、H.、Vierstra、RD 植物のフィトクロム B は、独特のシグナル伝達能力を持つ非対称二量体です。 Nature 604、127–133 (2022)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yeh、KC & Lagarias、JC 真核生物のフィトクロム: ヒスチジン キナーゼの祖先を持つ光制御セリン/スレオニン プロテイン キナーゼ。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 95、13976–13981 (1998)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

松下 哲、望月 伸、永谷 明。フィトクロム B の N 末端ドメインの二量体は核内で機能します。 Nature 424、571–574 (2003)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Krall, L. & Reed, JW ヒスチジンキナーゼ関連ドメインはフィトクロム B の機能に関与していますが、必須ではありません。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 97、8169–8174 (2000)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

モンタナ州ボイランとPH ウズラ フィトクロムはプロテインキナーゼですか? プロトプラズマ 195、12–17 (1996)。

記事 CAS Google Scholar

岡、Y. 他シロイヌナズナのフィトクロム B の 450 アミノ酸 N 末端断片の機能解析。 植物細胞 16、2104–2116 (2004)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ni、W.ら。 シロイヌナズナでは、相互確証破壊機構により光シグナル伝達が減衰します。 サイエンス 344、1160–1164 (2014)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pham、VN、Kathare、PK & Huq、E. フィトクロムおよびフィトクロム相互作用因子。 植物生理学。 176、1025–1038 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Burgie、ES、Bussell、AN、Walker、JM、Dubiel、K. & Vierstra、RD 赤色/遠赤色光を吸収する植物フィトクロムからの光感知モジュールの結晶構造。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 111、10179–10184 (2014)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

永野晋 ほか植物フィトクロムの光活性化とシグナル伝達に関する構造的洞察。 ナット。 Plants 6、581–588 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Cai、Y.ら。 必須センサーであるヒスチジンキナーゼWalKの立体構造ダイナミクス。 アクタクリスタログル。 D 73、793–803 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Diensthuber, RP、Bommer, M.、Gleichmann, T. & Moglich, A. センサーヒスチジンキナーゼの全長構造は、同軸コイル状コイルが信号変換器および変調器であることを特定します。 構造 21、1127–1136 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Wang, C. et al. シグナルトランスデューサードメインとセンサードメインを備えたヒスチジンキナーゼの結晶構造によって明らかにされた機構の洞察。 PLoSバイオル。 11、e1001493 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Casino, P.、Rubio, V. & Marina, A. 2 成分シグナル伝達におけるパートナー特異性とリン酸転移に関する構造的洞察。 セル 139、325–236 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ヤン、Ｊ．ら。 予測された残基間の配向を使用したタンパク質構造予測の改善。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 117、1496–1503 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

バーギー、ES 他。 フィトクロム B による光感知と熱感知には、二量体光受容体内の近位アロステリック特徴と遠位アロステリック特徴の両方が必要です。 科学。 議員 7、13648 (2017)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

ヤン、Ｘら。 2つのタンデムバクテリオフィトクロムの光シグナル伝達機構。 構造 23、1179–1189 (2015)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wagner、JR、Brunzelle、JS、Forest、KT、Vierstra、RD フィトクロムの発色団結合ドメインの構造によって明らかにされた光感知結び目。 Nature 438、325–331 (2005)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Essen, LO、Mailliet, J. & Hughes, J. Pr 基底状態における完全なフィトクロム感覚モジュールの構造。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 105、14709–14714 (2008)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yang, X.、Kuk, J. & Moffat, K. 緑膿菌バクテリオフィトクロムの結晶構造: 光変換とシグナル伝達。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 105、14715–14720 (2008)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

マルーフ、JN et al. シロイヌナズナの光感受性の自然な変動。 ナット。 ジュネット。 29、441–446 (2001)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Shin, AY 他フィトクロムが植物の光シグナル伝達においてプロテインキナーゼとして機能するという証拠。 ナット。 共通。 7、11545 (2016)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

岡、Y. 他シロイヌナズナのフィトクロム A は、高感度のフィトクロムに必要な複数の機能を統合するモジュール構造になっています。 植物細胞 24、2949–2962 (2012)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

永野晋 ほかアグロバクテリウム・フィトクロムAgp1のN末端光感覚コアモジュールの平行二量体および逆平行二量体としての結晶構造。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． 化学。 291、20674–20691 (2016)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ノースカロライナ州ウォイトウィッチら粘液細菌のフィトクロムの結晶構造から明らかになった、細胞発生の光制御の構造基盤。 IUCrJ 5、619–634 (2018)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

バーギー、ES 他。 細菌のフィトクロムの結晶学的分析および電子顕微鏡分析により、光変換中の局所的および全体的な再配列が明らかになります。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． 化学。 289、24573–24587 (2014)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Huang、H.ら。 PCH1 は、シロイヌナズナのフィトクロム B 光体の構造成分として、光、温度、概日シグナル伝達を制御します。 手順国立アカデミー。 科学。 USA 116、8603–8608 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ゴロンカ、D. et al. シロイヌナズナのフィトクロムと相互作用因子の間の光によって調節される相互作用を解体し、再利用する。 共通。 バイオル。 2, 448 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kikis, EA、Oka, Y.、Hudson, ME、Nagatani, A. & Quail, PH フィトクロム B の光感知結び目にクラスター化された残基は、シグナル伝達パートナー PIF3 への配座異性体特異的結合に必要です。 PLoS ジュネット。 5、e1000352 (2009)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

ギブソン、DG 他最大数百キロベースの DNA 分子の酵素的集合。 ナット。 方法 6、343 ～ 345 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ワグナー、JR 他デイノコッカス・ラジオデュランスのバクテリオフィトクロムの変異解析により、フィトクロムのフォトクロミシティとプロトン交換サイクルに必要な重要なアミノ酸が明らかになりました。 Ｊ．Ｂｉｏｌ． 化学。 283、12212–12226 (2008)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zheng、SQら。 MotionCor2: 改善されたクライオ電子顕微鏡のためのビーム誘起運動の異方性補正。 ナット。 方法 14、331–332 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rohou, A. & Grigorieff, N. CTFFIND4: 電子顕微鏡写真からの高速かつ正確な焦点ぼけ推定。 Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ． バイオル。 192、216–221 (2015)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Fernandez-Leiro、R.、Scheres、SHW RELION における単一粒子処理へのパイプライン アプローチ。 アクタクリスタログル。 D 73、496–502 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Sanchez-Garcia、R. et al. DeepEMhancer: クライオ EM ボリュームの後処理のための深層学習ソリューション。 共通。 バイオル。 4, 874 (2021)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Punjani, A. & Fleet, DJ 3D 変動解析: 単一粒子クライオ EM からの連続的な柔軟性と離散的不均一性を解決します。 Ｊ．Ｓｔｒｕｃｔ． バイオル。 213、107702 (2021)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ペッターセン、EF 他。 UCSF Chimera – 探索的研究と分析のための視覚化システム。 Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ． 化学。 25、1605–1612 (2004)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Emsley, P.、Lohkamp, B.、Scott, WG & Cowtan, K. オオバンの特徴と開発。 アクタクリスタログル。 D 66、486–501 (2010)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Liebschner、D. et al. X 線、中性子、電子を使用した高分子構造の決定: Phenix における最近の開発。 アクタクリスタログル。 D 75、861–877 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

ウィリアムズ、CJ 他 MolProbity: 全原子構造の検証を改善するための、より多くのより優れた参照データ。 タンパク質科学。 27、293–315 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ゴダードT​​D 他 UCSF ChimeraX: 視覚化と分析における現代の課題に対応します。 タンパク質科学。 27、14–25 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ガスタイガー、E. et al. 『プロテオミクス プロトコル ハンドブック』 (JM ウォーカー編) 571–607 (Humana Press、2005)。

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クライオ EM データは、Van Andel Institute の David Van Andel Cryo-Electron Microscopy Suite にある Titan Krios 顕微鏡で収集されました。 EM データ収集の支援については G. Zhao と X. Meng、キナーゼ アッセイの支援については H. Zaher、技術支援については C. Sherman に感謝します。 この研究は、米国国立衛生研究所の R01 助成金 GM127892 および GM127892-05 (RDV へ) および GM131754 (Huilin Li へ) と、セントルイスのワシントン大学 (RDV へ) および Van Andel Institute から提供された資金によって資金提供されました。 （李慧林に）。

カトリス・E・マクローリン

現在の住所: 米国カリフォルニア州アーバイン、Burning Rock Dx

E. Sethe Burgie、Hua Li、Zachary TK Gannam などの著者も同様に貢献しました。

米国ミズーリ州セントルイスのワシントン大学生物学部

E. セス・バーギー、ザカリー・TK・ガンナム、カトリス・E・マクローリン、リチャード・D・ヴィアストラ

米国ミシガン州グランドラピッズ、ヴァンアンデル研究所構造生物学部

フア・リー＆フイリン・リー

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ESB、Hua Li、ZTKG、RDV、Huilin Li が実験を設計しました。 Hua Li はクライオ EM と 3D 再構成を実行しました。 ESB と Hua Li は原子モデルを構築し、改良しました。 ESB、ZTKG、および KEM は、組み立てられた Phy サンプルを発現および精製し、突然変異誘発および分光学的アッセイを実行しました。 ESB、Hua Li、ZTKG、Huilin Li、RDV が原稿を執筆しました。

Richard D. Vierstra または Huilin Li との通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Plants は、この研究の査読に貢献してくれた Andreas Möglich 氏、Xiaojing Yang 氏、およびその他の匿名の査読者に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

a、組換え全長PhyAのSDS-PAGE分析。 ゲルは、クーマシーブルーでタンパク質を染色するか（左）、または亜鉛誘導蛍光によって結合 PΦB をアッセイしました（右）。 MM、分子量標準。 サンプルは、Burgie et al.6b、PhyA の UV-vis 吸光度スペクトルによって記載されているものと区別できませんでした。 スペクトルは、暗順応サンプル (Pr) または 630 nm 赤色光 (RL、ほとんどが Pfr) の飽和照射後に収集されました。 吸収最大値は、70% 振幅で示される差分スペクトルから決定されました。 664/723 nm での SCR を括弧内に示します。 スペクトルは 3 回の技術的反復の平均でした。 c、PhyA のクライオ EM 画像のデータ処理に使用されるワークフロー。 421,969 個の粒子に基づいて解像度 3.5 Å で最初に精密化された全体マップでは、解像度が不十分だった PAS1 ドメインを含む領域を除き、ほぼすべての PhyA ドメインがよく見えました。 PAS1 ドメインを除外し、PSM、PAS2、および HKRD 領域のシグナル減算を使用する集中的な改良により、HKRD に多少の曖昧さを伴う 3.2 Å マップが生成されました。 その後、HKRD とプラットフォームに個別のマスクを使用することにより、プラットフォームと HKRD に対してそれぞれ 3.1 Å および 3.4 Å EM マップが改善され、これらを組み合わせて二量体の最終複合マップが生成されました。 ピクセルあたり 4.14 Å までダウンサンプリングされた粒子画像の 3DVA は、フレキシブル PAS1 ドメインの 1 つ (紫色) を約 15 Å の解像度で分解しました。 d. 動き補正後の代表的なクライオ EM 顕微鏡写真を示します。 合計 6,195 枚の独立した顕微鏡写真からのデータがマップの作成に利用されました。 e, 粒子の複数のビューを示す、選択された 2D クラスの平均。

a, 3D EM コンセンサス マップと、焦点を絞って洗練された個別のプラットフォームおよび HKRD マップは、ローカル解像度によって色分けされています。 b、最終的な 3D 再構成で使用される生の粒子画像のオイラー角分布。 c、2 つのハーフマップのゴールドスタンダード フーリエ シェル相関 (FSC) (オレンジ色の曲線)、および原子モデルと最終複合 3D マップの相関 (紫色の曲線)。

マップは灰色のメッシュで示されていますが、モチーフ/残基の3Dモデルは漫画/スティックで示され、図1eのように色付けされています。 パネル a～c には、発色団への近接性を強調するための PΦB (赤い棒) が含まれています。 主要な残基が示されています。 a、GAF ドメインから伸びて、nPAS ドメインのすぐ上流の N-terminal extension (NTE) を取り囲むノット投げ縄。 b、残基69〜81は、発色団近くに達する結び目投げ縄近くのNTEの一部を構成します。 c、PHYドメインから伸びて発色団近くのGAFドメインに接触するヘアピンの直交図。 d. PAS1 ドメインと PAS2 ドメインの間から延びるモジュレーター ループは、自身のプロトマーの PHY ドメインと相互作用します。 e, HKRD 内のペアの DHp ドメイン。 ヘリックスα1およびα2が示されている。 ヘリックス α1 内の十字形の特徴は括弧のそばにあります。 残基 905 (R905) は、通常、伝達物質ヒスチジンキナーゼのヒスチジンによって占められており、赤い楕円で強調表示されています。 f、二量体内のプロトマーBのPAS2ドメインとプロトマーAのnPASおよびGAFドメインの間の接続の拡大図。 g、TrRosettaによるPAS1フォールドの構造予測（左）、およびこの予測（灰色）とPAS2（中央）およびPhyAからのnPASドメイン（右）のクライオEMモデルとの一致（カラーで表示）。 N 末端と C 末端が示されています。 パネル (e) および (f) では、ペプチド主鎖が漫画で示されているのに対し、アミノ酸側鎖は棒状に示されています。 プライム記号は、B プロトマーの残基を識別します。

PSM 内のドメインの複雑な相互接続が、上の 3 つのビューに示されています。 4 番目と 5 番目のビューは、PSM とのプロトマー内構造リンクを提供するモジュレーター ループ (Mod)/PHY ドメイン接続、およびヘアピン、ヘリカル スパイン、および PAS2 ドメインの特徴への接続を強調しています。 6 番目の図は、DHp および CA ドメインのα-ヘリックスが関与する HKRD の二量体界面の半分を示しています。 主要な残基が示されています。 プライム記号はプロトマー B に由来するものを示します。

a. 接点の図。 α-ヘリックス、β-ストランド、またはループ構成に関連した相互作用領域が示されています。 左の図は、DHp ドメインと CA ドメイン間の HKRD プロトマー間相互作用を強調しています。 右の図は、プラットフォーム内の HKRD (シアン/ティール)、GAF (緑)、および PHY (オレンジ) ドメイン間の相互作用を示しています。 線は、予測された接触に関与する特定の残基の位置を示します。 示されているのは、PhyA、PhyB、またはその両方内で見つかった接続です。 (A) および (B) は、それぞれ二量体内の A および B プロトマーを指します。 アミノ酸の番号付けは、PhyA または PhyB 内で見られるものに対応します。 一部の鎖またはヘリックスは構造的背景として含まれていますが、相互作用には関与していません。 b、(a)に示すコンタクトに関与するAtPhyAおよびAtPhyB内の領域の配列アラインメント。 同一または類似のアミノ酸は、それぞれ黒と灰色のボックスで色付けされています。 上のバーは、α-ヘリックス (赤色) と β-ストランド (青色) の特徴を示しています。 下の緑色の丸は、(a) に示す接触に関与する特定のアミノ酸を示します。

a、残基25（NΔ24）および66（NΔ65）から始まる完全長（FL）PhyAおよびNTE切断のドメイン構成。 わかりやすくするために、NTE の長さを延長しました。 赤い破線は、PΦB と NTE 残基 Tyr-70 および Ile-74 の相互作用を表します。 b、NTE 切断 NΔ24 および NΔ65 を持つ FL PhyA およびその PSM の熱復帰速度。 3 つの技術的反復を表すデータ ポイントとフィット ラインが示されています (統計分析については拡張データ表 2 を参照)。 また、完全を期すためにここで再測定された、同等の NTE 切断を伴うシロイヌナズナ PhyA の PSM フラグメントの Pfr→Pr 熱復帰データも含まれています。Burgie et al.6 も参照してください。 反応速度は桁違いに異なるため、2 つの時間スケールで速度を示します。左のパネル、120 分。 右パネル、1200分。 調製物のSDS-PAGEゲルおよび吸収およびPr-Pfr差スペクトルを補足図に示します。 1と2。

a、At PhyAのHKRD CA領域の直交図を、At PhyBの同じ領域（PDB IDコード7RZW22）およびラクトバチルス・プランタルム（Lp）の原核生物の歩行伝達物質HK（PDB IDコード4U7O32）と重ね合わせた図。 bおよびc、Lp WalK32に記載されている結合ポケットに基づいたAt PhyA CAドメイン内のADP（赤色）の予測位置を示すモデル。 結合に関与すると予想される残基を(b)に示す。 ADP は、この予測 PhyA-ATP モデルのポケット内の複数の残基と衝突し、ATP または光活性化によって誘発される At PhyA の構造変化が結合に必要であることを示しています。 かなりの衝突があるサイトは丸で囲まれています。 d、At PhyAおよびAt PhyBの考えられるATP結合ポケットと、Bacillus subtilis (Bs YFI)、Thermotoga maritima (Tm HK853)、L. plantarum (Lp Walk)由来の真正ヒスチジンキナーゼの同等のCAドメインとのアミノ酸配列アラインメント。および Streptococcus mutans (Sm Vick)、および Pseudomonas syringae (Ps BphP) 18 および Deinococcus radiodurans (Dr BphP) 16 の HK/ホスファターゼ活性を持つ細菌 Phys (BphP) 由来のものを使用します。 同一または類似のアミノ酸は、それぞれ黒と灰色のボックスで色付けされています。 ヒスチジンキナーゼの特徴的な N、G1/D、F、および G2 ボックスと ATP 蓋が示されています 32。 矢印は、触媒作用に重要な ATP 結合ポケット内の重要な残基の位置を示します 32。 例えば、自己リン酸化アッセイに基づくと、At PhyA は Ps BphP と比較して劣ったキナーゼです。 等モル量の組換えビリプロテインを、10 μCi の [γ-32P]-ATP を添加した 150 μM ATP とともに周囲温度 (約 24 °C) で 1 分から 2 時間インキュベートし、SDS-PAGE サンプルバッファーでクエンチし、 SDS-PAGE ゲルのオートラジオグラフィーによる 32P の取り込み。 e、PfrとしてのPs BphPの自己リン酸化の時間経過。 f、2時間のインキュベーション後のPrおよびPfrとしてのAt PhyBの自己リン酸化活性とPs BphPの自己リン酸化活性の比較。 矢印は Ps BphP を示します。 フォスフォイメージャーのスキャンは 3 つの独立した実験の代表です。 g、クマシーブルーでタンパク質を染色したSDS-PAGEゲルの画像、または亜鉛誘導蛍光で結合ビリンを染色したSDS-PAGEゲルの画像。

補足表 1 および図。 1～3。

平均解像度 3.2 Å で分解された全長 PhyA 二量体のムービー。 このムービーでは、最初に回転する EM マップが表示され、続いて結果のモデルの回転する漫画ビューが表示されます。 NTE、nPAS、GAF、ヘアピン付き PHY、モジュレーター付き PAS2、および HKRD ドメインは、それぞれ灰色/黒、ライト/ダークブルー、ライト/ダークグリーン、イエロー/オレンジ、ピンク/マゼンタ、ライトシアン/ティールです。 PΦBは赤い棒で示されています。

シロイヌナズナ PhyA の HKRD はプラットフォームと強力な非共有結合を形成しません。 3DVA は、PhyA のプラットフォームに対する HKRD の動きを説明するために使用されました。 この手順を使用して、グラフに示されているように、同様の構造のフレームを平均することによって 20 の EM マップが生成されました。 ドメインの動きを追跡するために、PhyA の EM マップの 4 つの直交ビューを示します。 プラットフォーム内の PHY および PAS2 ドメインに近接しているように見える PAS1 ドメインの位置を含むドメインの位置が示されています。 マップ番号は左上に表示されます。

サイズ排除クロマトグラフィーのソースデータ、UV-visスペクトル、および熱復帰速度プロットを図1および2に示します。 5～7。

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転載と許可

Burgie、ES、Li、H.、Gannam、ZTK 他シロイヌナズナのフィトクロム A の構造は、植物の光受容体アイソフォーム間のトポロジー的および機能的多様性を明らかにします。 ナット。 植物 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41477-023-01435-8

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受信日: 2022 年 12 月 14 日

受理日: 2023 年 5 月 10 日

公開日: 2023 年 6 月 8 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-023-01435-8

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