大腸菌の酸素応答性転写調節因子FNR：信号と反応の検索

大腸菌のFNR（フマレートおよび硝酸還元酵素調節）タンパク質は、好気性から嫌気性代謝への切り替えに必要な酸素応答性転写調節因子です。酸素がない場合、FNRは非アクティブ状態から活性状態に変化します。感覚機能と調節機能は、FNRの別々のドメインに存在します。感覚ドメインには、嫌気性条件下で[4FE-4S] 2+タイプのFe-Sクラスターが含まれています。酸素は拡散により細胞質FNRに供給され、直接的な相互作用によってFNRを不活性化することが示唆されています。無酸素条件下での再活性化には、細胞還元剤が必要です。in vitroでは、Fe-Sクラスターは酸素によって[3FE-4S]+または[2FE-2S] 2+クラスターに変換され、FNRの不活性化が生じます。酸素との長期インキュベーションの後、Fe-Sクラスターが破壊されます。[4FE-4S] 2+クラスターの再組み立てには、大腸菌のNIFS様タンパク質などの細胞タンパク質が必要になる場合があります。このレビューでは、FNRおよび他の酸素依存性調節因子による代替代謝経路の調節の根拠について説明します。デヒドロゲナーゼではなく呼吸の末端還元酵素のみが、最大のH+/E-比とATP収率を達成するような方法で調節されます。

The FNR (fumarate and nitrate reductase regulation) protein of Escherichia coli is an oxygen-responsive transcriptional regulator required for the switch from aerobic to anaerobic metabolism. In the absence of oxygen, FNR changes from the inactive to the active state. The sensory and the regulatory functions reside in separate domains of FNR. The sensory domain contains a Fe-S cluster, which is of the [4Fe-4S]2+ type under anaerobic conditions. It is suggested that oxygen is supplied to the cytoplasmic FNR by diffusion and inactivates FNR by direct interaction. Reactivation under anoxic conditions requires cellular reductants. In vitro, the Fe-S cluster is converted to a [3Fe-4S]+ or a [2Fe-2S]2+ cluster by oxygen, resulting in FNR inactivation. After prolonged incubation with oxygen, the Fe-S cluster is destroyed. Reassembly of the [4Fe-4S]2+ cluster might require cellular proteins, such as the NifS-like protein of E. coli. In this review, the rationale for regulation of alternative metabolic pathways by FNR and other oxygen-dependent regulators is discussed. Only the terminal reductases of respiration, and not the dehydrogenases, are regulated in such a way as to achieve maximal H+/e- ratios and ATP yields.