Research Abstract
KaiCのサブユニット間での相互調節はシアノバクテリアで概日リズムの安定性に寄与する
シアノバクテリアの概日発振子は、六量体キナーゼKaiCのリン酸化および脱リン酸化によって働く自己調節ループで構成されている。北山らは、KaiCサブユニット間の相互作用が、どのようにその触媒活性を調節し堅固な概日性を確保するかを明らかにした。
KaiC intersubunit communication facilitates robustness of circadian rhythms in cyanobacteria
2013年12月5日 Nature Communications 4 : 2897 doi: 10.1038/ncomms3897
シアノバクテリアの概日時計は、in vitroで再構築された唯一のモデル時計である。時計の中核的な構成成分であるKaiCは、ホモ六量体のATPアーゼで自己リン酸化活性と自己脱リン酸化活性を備えている。KaiCの自己リン酸化活性と自己脱リン酸化活性の間の切り替えを引き起こすのは、リン酸化状態の変化であると考えられてきた。今回我々は、六量体構造をとっているKaiCの活性調節の基盤となる分子機構の解析を行った。いろいろな変異体プロトマーを含むKaiC六量体を再構築し、それらの自己脱リン酸化活性と自己リン酸化活性を測定した結果から、それぞれ別の機能を持つ2種類の調節機構の存在が明らかになった。第1番目の機構は、隣り合ったリン酸化部位の間の局所的相互作用がKaiCの活性を調節し、CIIドメインのサブユニット接触面でATPアーゼ活性とヌクレオチド結合状態と共役させるというものである。第2番目の機構は、プロトマーのリン酸化状態が、サブユニット間の相互調節を介してKaiC六量体の全体としての活性に影響を及ぼすというものである。今回得られた知見は、六量体内部の相互作用が概日時計の安定なリズム性の維持に重要な役割を果たしていることを示している。
北山 陽子1, 大川（西脇） 妙子1*, 杉澤 由姫子1 & 近藤 孝男1
- 名古屋大学大学院 理学研究科 生命理学専攻
*現所属先：名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所
The cyanobacterial circadian clock is the only model clock to have been reconstituted in vitro. KaiC, the central clock component, is a homohexameric ATPase with autokinase and autophosphatase activities. Changes in phosphorylation state have been proposed to switch KaiC’s activity between autokinase and autophosphatase. Here we analyse the molecular mechanism underlying the regulation of KaiC’s activity, in the context of its hexameric structure. We reconstitute KaiC hexamers containing different variant protomers, and measure their autophosphatase and autokinase activities. We identify two types of regulatory mechanisms with distinct functions. First, local interactions between adjacent phosphorylation sites regulate KaiC’s activities, coupling the ATPase and nucleotide-binding states at subunit interfaces of the CII domain. Second, the phosphorylation states of the protomers affect the overall activity of KaiC hexamers via intersubunit communication. Our findings indicate that intra-hexameric interactions play an important role in sustaining robust circadian rhythmicity.
