チューブリン尾とグルタミラーゼの間の分子相互作用は、グルタミル化パターンの決定因子を明らかにしています

現在、チューブリンの翻訳後修飾は、微小管機能の重要な調節因子として現れています。ポリグルタミル化は、さまざまな細胞タイプとオルガネラの微小管機能を制御するために不可欠なさまざまな修飾パターンを生成し、これらのパターンの規制緩和は繊毛症、癌、神経変性に関連しています。異なるグルタミル化酵素が正確な修飾パターンを決定する方法は、これまでのところとらえどころのないままでした。計算モデリング、分子動力学シミュレーション、および変異分析を使用して、チューブリンのカルボキシ末端尾部がグルタミラーゼの活性部位にどのように結合するかを示します。私たちのモデルは、α-チューブリンのグルタミル化部位が触媒ポケット内の尾の位置によって決定されることを示唆しています。さらに、α-チューブリン尾の結合モードは非常に類似していることがわかりました。これは、ほとんどの酵素がα-チューブリンとβ-チューブリンの両方を潜在的に修飾できることを意味します。これは、酵素の微小管格子全体への結合が、C末端チューブリン尾部の活性部位に対する特異性ではなく、グルタミラーゼの触媒特異性を決定するモデルをサポートします。

Posttranslational modifications of tubulin currently emerge as key regulators of microtubule functions. Polyglutamylation generates a variety of modification patterns that are essential for controlling microtubule functions in different cell types and organelles, and deregulation of these patterns has been linked to ciliopathies, cancer and neurodegeneration. How the different glutamylating enzymes determine precise modification patterns has so far remained elusive. Using computational modelling, molecular dynamics simulations and mutational analyses we now show how the carboxy-terminal tails of tubulin bind into the active sites of glutamylases. Our models suggest that the glutamylation sites on α- and β-tubulins are determined by the positioning of the tails within the catalytic pocket. Moreover, we found that the binding modes of α- and β-tubulin tails are highly similar, implying that most enzymes could potentially modify both, α- and β-tubulin. This supports a model in which the binding of the enzymes to the entire microtubule lattice, but not the specificity of the C-terminal tubulin tails to their active sites, determines the catalytic specificities of glutamylases.