キネシンの温度依存的活性は規制可能です

細胞内の細胞骨格輸送は、その活性が敏感で、通常はアレニウス、温度への依存性を示す酵素によって駆動されます。多くの場合、貨物輸送の期間と結果は、キネシン対ダイニンモーターの相対的な成功によって決定されます。これは、個々の炭素に同時に結合し、微小管で反対方向に移動することができます。いくつかの細胞が経験する大きな温度範囲にわたってキネシンとダイニンの活動がどのように結合されているかという問題は、明確な生物学的関連性の1つです。それぞれ4.7°Cと10.5°Cでのキネシン-3とキネシン-3の酵素活性の両方のアレニウスの挙動の休憩を報告します。さらに、この遷移温度は化学的背景の関数として大幅に変化することを報告します。200mM TMAOの添加により、すべての場合に遷移温度が約6°C増加することを報告します。我々の結果は、Arrheniusの傾向がすべての細胞骨格モーターに共通していることを示しており、そのような活動遷移がin vivoでどのように調節されているかについての幅広い疑問を開いています。重要な声明：これまで研究されていた多くの細胞骨格モーターは、少なくとも室温から哺乳類の体温まで、Arrhenius速度論に続きます。ただし、熱動的範囲は通常有限であり、アレニウスの傾向の破損は、生物学的に関連する温度で一般的に観察されます。ここでは、キネシンの熱ダイナミックレンジも限られており、さらにキネシンのアレニウスブレークの位置が化学的背景に基づいて大幅にシフトできることを報告します。これは、細胞骨格に沿った複数の自動貨物輸送のバランスが、以前に評価されたよりも温度の関数としてはるかに調整可能であることを意味します。

Cytoskeletal transport in cells is driven by enzymes whose activity shows sensitive, typically Arrhenius, dependence on temperature. Often, the duration and outcome of cargo transport is determined by the relative success of kinesin vs. dynein motors, which can simultaneously bind to individual cargos and move in opposite direction on microtubules. The question of how kinesin and dynein activity remain coupled over the large temperature ranges experienced by some cells is one of clear biological relevance. We report a break in the Arrhenius behavior of both kinesin-1 and kinesin-3 enzymatic activity at 4.7 °C and 10.5 °C, respectively. Further, we report that this transition temperature significantly changes as a function of chemical background: addition of 200 mM TMAO increases transition temperatures by ∼6 °C in all cases. Our results show that Arrhenius trend breaks are common to all cytoskeletal motors and open a broad question of how such activity transitions are regulated in vivo. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Many cytoskeletal motors studied to date follow Arrhenius kinetics, at least from room temperature up to mammalian body temperature. However the thermal dynamic range is typically finite, and breaks in Arrhenius trends are commonly observed at biologically relevant temperatures. Here we report that the thermal dynamic range of kinesins is also limited and moreover that the location of the Arrhenius break for kinesins can shift significantly based on chemical backgrounds. This implies that the balance of multiple motor cargo transport along the cytoskeleton is far more tunable as a function of temperature than previously appreciated.