アンカー形状はキネシンの方向を決定する重要な要素です

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15417 (2022) この記事を引用

1301 アクセス

4 オルトメトリック

メトリクスの詳細

キネシン 14 微小管ベースのモーターは、触媒コアを負荷に結合する N 末端テールを持ち、通常は微小管のマイナス端に向かって移動しますが、他のほとんどのキネシンは C 末端テールを持ち、プラス端に向かって移動します。 運動ドメイン外部の保存配列が失われると、キネシン 14 はプラス末端の運動性に切り替わり、N 末端の結合がプラス末端の運動性と両立することがわかります。 しかし、マイナス端の運動性における付着位置の役割に関する系統的な研究はこれまで存在しなかった。 したがって、我々は、結合点のみが異なる単量体キネシン 14 の運動性を調べました。 われわれは、C 末端結合点によりキネシン 14 がプラス端方向になり、運動性アッセイにおける微小管のコルク栓抜きの回転方向とピッチがキネシン 1 と同様であることを発見し、これは C 末端結合点によりキネシン 14 と N の両方がキネシン 14 と結合することを示唆している。 -キネシン キネシン-1 は、固有のプラスエンド バイアスを持つ高度に保存された触媒コア機能を共有します。 したがって、N 末端の結合は、キネシン 14 のマイナス末端の運動性の要件の 1 つです。

微小管に沿ったキネシンモータータンパク質の一方向の動きは、細胞小器官の輸送や細胞分裂を含む真核生物の多くの細胞プロセスにおいて重要です。 一般に、モータードメインがN末端部分に位置するキネシン-1から-10および-12などのほとんどのN-キネシンは微小管プラス末端に向かって移動しますが、キネシン-14などの一部のC-キネシンは、モータードメインがC末端部分に位置し、微小管マイナス端に向かって移動します1,2。 しかし、すべてのキネシンがこのような純粋に一方向の運動性を持っているわけではなく、最近、酵母や真菌の一部のキネシンで方向転換が観察されています。 一部のキネシン-5、N-キネシンは、通常プラス末端に向けられていますが、微小管のマイナス末端にも移動し、さまざまな条件下で方向性を切り替えるという驚くべき能力を持っています3、4、5、6、7。 14 (C-キネシン、通常マイナス末端指向性) は状況依存の双方向性を示します 8,9。 キネシン-1 などの N-キネシンとキネシン-14 などの C-キネシンの縦運動性の末端方向が反対であるにもかかわらず、その触媒コアは 3D 構造とアミノ酸配列が著しく類似しています 1、10、11。 さらに、キネシン-112、-213、-314、-515、-616、-817 や C-キネシン kinesin-1418,19 などの N-キネシンもトルクを生成し、その縦方向の運動性と相まって、表面に固定されたモーターの配列を横切って滑る微小管のコルク抜きのような移動。 微小管内の個々のプロトフィラメントを正確に追跡する進行性二量体キネシン-1 を除いて 20、プラス末端指向性の N-キネシンは微小管の左巻きのコルク抜き運動を駆動します 12。一方、マイナス末端指向性のキネシン 14 Ncd右巻きのコルク抜き運動を駆動します18。 方向によるコークスクリューの利き手のこの逆転は、キネシンの運動性の横方向のトルク生成成分が両方のタイプのモーターでまったく同じであることを示唆しています（補足図1）12。

触媒コアの構造と機能の類似性とは対照的に、キネシン-1とキネシン-14は、触媒コアのC末端とN末端に隣接する独自のユニークな領域を持っています（図1aおよび補足図2a、b） ）。 キネシン-1 では、触媒コアの α6 ヘリックスから伸びるネックリンカーと呼ばれる C 末端の約 15 アミノ酸領域が、キネシンのヌクレオチド状態の変化によって誘導される構造変化を受けます 21,22。 このネックリンカーの触媒コアへのドッキング構造は、N-キネシンにとって主な力生成事象であると考えられています。 最近、キネシン-1モーターコアから突き出ているカバーストランドと呼ばれるN末端βストランドが、ネックリンカーと相互作用して「カバーネックバンドル」を形成し、微小管と微小管の両方に沿った力の発生を調節することが示唆されている。縦軸23、24と短い横軸25。 ただし、キネシン-6や-10などの一部のN-キネシンには典型的なネックリンカー領域が欠如しているため、ネックリンカーのドッキング力生成機構はすべてのN-キネシンで保存されているわけではありません26、27。 N-キネシンとは対照的に、C-キネシンのキネシン-14は、すべてのキネシンで高度に保存されている触媒コアのβ1シートのN末端に直接結合したネックヘリックスと呼ばれる独特のα-ヘリックス構造を持っています。 -メンバー14名28． ネックヘリックスの回転スイングは、キネシン 14 における力の生成とマイナス端の方向性の原因であると仮説が立てられています。これは、アクチンベースのミオシンモータータンパク質で提案されているレバーアームのスイングに相当します 29。首ヘリックススイングは依然として物議を醸している19,30,31,32。 さらに、キネシン 14 には、α6 ヘリックスから突き出たネック模倣体と呼ばれる C 末端の短い領域も含まれています。 首模倣物は、アミノ酸レベルでは N-キネシンのネックリンカーとほとんど類似していませんが、キネシン 14s で高度に保存されているいくつかの塩基性アミノ酸と疎水性アミノ酸を含んでいます 33。 首模倣体は、野生型キネシン 14 キイロショウジョウバエ Ncd30,34 またはサッカロマイセス セレビシエ Kar335 の結晶構造または極低温電子顕微鏡構造では検出されませんでしたが、キネシン 14 メンバー KCBP (キネシン様カルモジュリン結合) の構造では検出されました。タンパク質）、ネック模倣体を含む C 末端領域は、N-キネシンのネックリンカーと同じ方法で触媒コアにドッキングします 36。 単一変異 T436S を持つ Ncd では、ネック模倣領域の最初の 3 残基が触媒コアにドッキングすることも示されました 31。 生化学的および運動性アッセイは、Ncd の首模倣体が微小管への Ncd 結合親和性とマイナス末端方向の運動性を調節できることも示しています 33。 これらの研究は、C-キネシンのC末端ネック模倣領域も、プラス末端方向の運動のためのN-キネシンのネックリンカーと同様の方法で、マイナス末端方向の運動のための力生成に関与している可能性があることを示唆している。 。