CADのアロステリック調節は、細胞周期中にde novoピリミジン合成を調節します

代謝は、細胞周期の進行と調整される基本的な細胞プロセスです。この関連にもかかわらず、細胞周期の位相依存性代謝経路調節の機械的理解はとらえどころのないままです。ここでは、ヒトde novoピリミジン生合成が細胞周期中にアロステリックに調節されるメカニズムを報告します。従来の同期方法とメタボロミクスを組み合わせて、細胞周期段階での蓄積パターンによって代謝物を特徴付け、カルバモイルリン酸シンセターゼ2、アスパラギン酸トランスカルバミラーゼおよびジヒドルオロターゼ（CAD）の細胞周期相依存的調節を特定します。ノボピリミジン生合成。系統的な変異スキャンと構造モデリングを通じて、アロステリーは、細胞周期中のCADの活動変化を制御する主要な調節メカニズムであると感じています。具体的には、CADアロステリック阻害剤であるウリジン5'-三リン酸の検知と結合を含むCADアロステリックドメインにおける2つの動物特異的ループの証拠を報告します。ミトコンドリアのカルバモイルリン酸シンテターゼホモログとの相同性に基づいて、基質チャネルの形成を調節し、CAD活性を制御する上で信号透過ループの重要な役割を特定します。

Metabolism is a fundamental cellular process that is coordinated with cell cycle progression. Despite this association, a mechanistic understanding of cell cycle phase-dependent metabolic pathway regulation remains elusive. Here we report the mechanism by which human de novo pyrimidine biosynthesis is allosterically regulated during the cell cycle. Combining traditional synchronization methods and metabolomics, we characterize metabolites by their accumulation pattern during cell cycle phases and identify cell cycle phase-dependent regulation of carbamoyl-phosphate synthetase 2, aspartate transcarbamylase and dihydroorotase (CAD), the first, rate-limiting enzyme in de novo pyrimidine biosynthesis. Through systematic mutational scanning and structural modelling, we find allostery as a major regulatory mechanism that controls the activity change of CAD during the cell cycle. Specifically, we report evidence of two Animalia-specific loops in the CAD allosteric domain that involve sensing and binding of uridine 5'-triphosphate, a CAD allosteric inhibitor. Based on homology with a mitochondrial carbamoyl-phosphate synthetase homologue, we identify a critical role for a signal transmission loop in regulating the formation of a substrate channel, thereby controlling CAD activity.