LRP/ASNCファミリーレギュレーターALDRによるMycobacterium smegmatisおよびMycobacterium結核のアラニンデヒドロゲナーゼをコードするALD遺伝子の調節メカニズム

非標識：アラニンの存在下では、転写調節因子のLRP/ASNCファミリーに属し、マイコバクテリウムsmegmatisのアラニンデヒドロゲナーゼをコードするALDを調節し、ホモダイマーからオープンリングの成分を伴うオクターマーにその第四紀構造を変化させます。GA/T-N2-NWW/WWN-N2-A/TCのコンセンサスシーケンスを持つ4つのALDR結合部位（O2、O1、O4、およびO3）は、DNase IのM. smegmatis ALD遺伝子の上流に同定されました。フットプリント分析。O2、O1、およびO4は、アラニンによるALD発現の誘導に必要ですが、O3はALD発現の抑制に直接関与しています。O3に加えて、ALDRダイマーのO1、O4、およびO3への協調的結合により、ALD発現の完全な抑制には、O1とO4の両方が必要です。ALDRオクタマーの分子のALDコントロール領域への結合は、2つのヘリカルターンによって分離された2つのALDR結合部位と、2つのALDR結合部位と位相内にある1つの追加の結合部位で分離された2つのALDR結合部位を必要とすることが実証されました。ALDRダイマーのDNAへの協調結合には、3つのらせんターンの周期性と整列する3つのALDR結合部位が必要です。ALDR遺伝子は、アラニンとは無関係に負に自己調節されています。M. smegmatisおよびMycobacterium tuberculosisのALD発現の比較分析と、両方のALDコントロール領域の配列分析とともに、両方のマイコバクテリア種のALD遺伝子の発現が同じメカニズムによって調節されていることを示唆しました。 重要：マイコバクテリアでは、アラニンデヒドロゲナーゼ（ALD）は、窒素源としてアラニンを利用するために必要な酵素であり、NADH/NAD（+）プールのレドックス状態を維持することにより低酸素条件下で成長するために必要です。ALD遺伝子の発現は、LRP/ASNC（Feast/飢amine）ファミリーに属するALDRレギュレーターによって調節されることが報告されていますが、根本的なメカニズムは不明でした。この研究により、Mycobacterium smegmatisおよびMycobacterium tuberculosisにおけるALDの調節メカニズムが明らかになりました。さらに、この研究では、LRP/ASNC（FEAST/FAMINE）ファミリー規制当局のCIS作用規制サイトの一般化された配置パターンが提案されています。

UNLABELLED: In the presence of alanine, AldR, which belongs to the Lrp/AsnC family of transcriptional regulators and regulates ald encoding alanine dehydrogenase in Mycobacterium smegmatis, changes its quaternary structure from a homodimer to an octamer with an open-ring conformation. Four AldR-binding sites (O2, O1, O4, and O3) with a consensus sequence of GA/T-N2-NWW/WWN-N2-A/TC were identified upstream of the M. smegmatis ald gene by means of DNase I footprinting analysis. O2, O1, and O4 are required for the induction of ald expression by alanine, while O3 is directly involved in the repression of ald expression. In addition to O3, both O1 and O4 are also necessary for full repression of ald expression in the absence of alanine, due to cooperative binding of AldR dimers to O1, O4, and O3. Binding of a molecule of the AldR octamer to the ald control region was demonstrated to require two AldR-binding sites separated by three helical turns between their centers and one additional binding site that is in phase with the two AldR-binding sites. The cooperative binding of AldR dimers to DNA requires three AldR-binding sites that are aligned with a periodicity of three helical turns. The aldR gene is negatively autoregulated independently of alanine. Comparative analysis of ald expression of M. smegmatis and Mycobacterium tuberculosis in conjunction with sequence analysis of both ald control regions led us to suggest that the expression of the ald genes in both mycobacterial species is regulated by the same mechanism. IMPORTANCE: In mycobacteria, alanine dehydrogenase (Ald) is the enzyme required both to utilize alanine as a nitrogen source and to grow under hypoxic conditions by maintaining the redox state of the NADH/NAD(+) pool. Expression of the ald gene was reported to be regulated by the AldR regulator that belongs to the Lrp/AsnC (feast/famine) family, but the underlying mechanism was unknown. This study revealed the regulation mechanism of ald in Mycobacterium smegmatis and Mycobacterium tuberculosis. Furthermore, a generalized arrangement pattern of cis-acting regulatory sites for Lrp/AsnC (feast/famine) family regulators is suggested in this study.