PDXRの分子メカニズム - プロバイオティクス細菌菌ClausiiにおけるビタミンB6生合成の調節に関与する転写活性化因子

ビタミンB6のよく知られている活性型であるピリドキサール5'-リン酸（PLP）は、多数の代謝プロセスに関与する必須酵素補因子です。PLPレベルは、細胞の要件に応じて細かく調整する必要があります。ただし、PLP生合成とリサイクル経路の調節についてはほとんど知られていません。転写調節因子PDXRは、PLPシンターゼをコードするPDXST遺伝子の転写を活性化します。これは、DNAとPLP依存性酵素と相同性のエフェクター結合C末端ドメインを結合するN末端ヘリックスターンヘリックスモチーフによって特徴付けられます。PLPは抗アクチベーターとして機能することは知られていますが、PDXRの作用メカニズムは不明です。本研究では、プロバイオティクス・バチルスclausiiからのPDXRの生化学的およびDNA結合特性を分析しました。分光測定により、PLPはPDXRのエフェクター分子として作用する唯一のB6ビタマーであることが示されました。PLPのPDXRへの結合は、ゲルろ過クロマトグラフィーと限られたタンパク質分解実験によって検出されたタンパク質立体構造変化を決定します。DNAプロモーター領域には2つの直接反復と1つの逆繰り返し繰り返しが存在し、PDXRは2つの任意の組み合わせを含むDNAフラグメントに結合できることを示しました。ただし、PLPがPDXRに結合すると、タンパク質のDNA結合特性が変更され、反転リピートに選択的になります。PLPの有無によって決定されるPDXRの2つの異なるDNA結合モダリティが、PDXST転写の制御に関与する分子メカニズムが提案されています。

Pyridoxal 5'-phosphate (PLP), the well-known active form of vitamin B6 , is an essential enzyme cofactor involved in a large number of metabolic processes. PLP levels need to be finely tuned in response to cell requirements; however, little is known about the regulation of PLP biosynthesis and recycling pathways. The transcriptional regulator PdxR activates transcription of the pdxST genes encoding PLP synthase. It is characterized by an N-terminal helix-turn-helix motif that binds DNA and an effector-binding C-terminal domain homologous to PLP-dependent enzymes. Although it is known that PLP acts as an anti-activator, the mechanism of action of PdxR is unknown. In the present study, we analyzed the biochemical and DNA-binding properties of PdxR from the probiotic Bacillus clausii. Spectroscopic measurements showed that PLP is the only B6 vitamer that acts as an effector molecule of PdxR. Binding of PLP to PdxR determines a protein conformational change, as detected by gel filtration chromatography and limited proteolysis experiments. We showed that two direct repeats and one inverted repeat are present in the DNA promoter region and PdxR is able to bind DNA fragments containing any combination of two of them. However, when PLP binds to PdxR, it modifies the DNA-binding properties of the protein, making it selective for inverted repeats. A molecular mechanism is proposed in which the two different DNA binding modalities of PdxR determined by the presence or absence of PLP are responsible for the control of pdxST transcription.