植物小 GTPase TITAN5 の機能特性と細胞内局在の解明

核心概念

TITAN5 は非典型的な小 GTPase であり、高速な GDP/GTP 交換活性と極めて遅いGTP加水分解活性を示す。TITAN5 は細胞内の様々な膜系に動的に局在し、小胞輸送に関与していると考えられる。

要約

本研究では、Arabidopsis の小 GTPase TITAN5 (TTN5) の機能特性と細胞内局在を解明した。
TTN5 は、典型的な小 GTPase とは異なる特性を示した。TTN5 は、GDP/GTP 交換反応が非常に速く、GTP加水分解反応が極端に遅いことが明らかになった。このため、TTN5 は通常 GTP 結合型の活性型として細胞内に存在すると考えられる。
TTN5 の野生型および変異体 (TTN5T30N、TTN5Q70L) をYFPタグで標識し、Arabidopsis とタバコ葉の表皮細胞で観察した。YFP-TTN5 は細胞質、核、細胞膜、ゴルジ体、多胞小体などの細胞内膜系に局在していた。活性型変異体 YFP-TTN5Q70L は、野生型と同様の局在を示したが、不活性型変異体 YFP-TTN5T30N は、ゴルジ体や多胞小体への局在が低下していた。
共局在解析から、YFP-TTN5 はゴルジ体、多胞小体、細胞膜などの膜系に動的に局在していることが明らかになった。特に活性型変異体 YFP-TTN5Q70L は、これらの膜系への局在が高かった。一方、不活性型変異体 YFP-TTN5T30N は、膜系への局在が低下していた。
以上より、TTN5 は非典型的な小 GTPase であり、高速な GDP/GTP 交換活性と遅いGTP加水分解活性を持つことで、細胞内の膜系動態に関与していると考えられる。

統計

TTN5 のGDP結合速度定数(kon)は0.044 μM-1s-1であり、TTN5Q70Lは0.401 μM-1s-1と9倍速い。
TTN5 のGDP解離速度定数(koff)は0.012 s-1であり、典型的な小 GTPase に比べ100倍速い。
TTN5 のGTP加水分解速度定数(kcat)は0.0015 s-1と極端に遅い。

引用

"TTN5 は非典型的な小 GTPase であり、高速な GDP/GTP 交換活性と遅いGTP加水分解活性を持つ"
"TTN5 は通常 GTP 結合型の活性型として細胞内に存在すると考えられる"
"YFP-TTN5 は細胞内の様々な膜系に動的に局在し、小胞輸送に関与していると考えられる"

抽出されたキーインサイト

Characterization of the small Arabidopsis thaliana GTPase and ADP-ribosylation factor-like 2 protein TITAN5

by Mohr,I., Mir... 場所 www.biorxiv.org 04-29-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.04.27.538563v2

深掘り質問

TTN5 の高速な GDP/GTP 交換活性と遅いGTP加水分解活性を生み出す分子機構は何か?

TTN5の高速なGDP/GTP交換活性と遅いGTP加水分解活性は、その構造と機能に起因しています。TTN5は、GTP結合部位を持ち、GTPとGDPの結合および解離を行うことができます。この特性は、TTN5が非典型的なGTPaseであることを示しています。具体的には、TTN5はGTP結合時に非常に速い交換速度を示し、GTPに結合した活性形態で存在する傾向があります。一方、GTPの加水分解速度は非常に遅く、通常のGTPaseとは異なる特性を持っています。この特異な挙動は、TTN5が細胞内でGTP-loadedの活性形態で存在し続けることを示唆しています。

TTN5 の活性化や不活性化を制御する因子はどのようなものか?

TTN5の活性化や不活性化は、主にGTP結合および解離に関連する因子によって制御されます。TTN5は、自己活性化の傾向があり、GDPからGTPへの交換が速やかに行われるため、通常のGTPaseとは異なる活性化メカニズムを持っています。一般的なGTPaseと同様に、TTN5もGTPase活性を制御するためにGTPase活性化因子（GEF）やGTPase活性化タンパク質（GAP）と相互作用します。GEFは、GDP-boundの非活性なTTN5を活性化するためにGTPの交換を促進し、GAPはGTPの加水分解を促進してTTN5を不活性化します。これらの因子によって、TTN5の活性状態が調節され、細胞内での機能が制御されます。

TTN5 が関与する細胞内膜系の動態と植物の発生・生長への影響はどのように関連しているのか?

TTN5は、細胞内膜系の動態に関与し、特にゴルジ体や多小胞体などの構造に局在しています。これらの細胞内膜系は、タンパク質の輸送や分泌経路に重要な役割を果たしており、TTN5の存在はこれらのプロセスに関連しています。また、TTN5の活性形態であることから、細胞内でのGTP-loadedの存在が植物の発生や生長に影響を与える可能性があります。TTN5の細胞内膜系での動態は、細胞内のタンパク質輸送や代謝経路において重要な役割を果たし、植物の発生や成長に必要なプロセスに関連していると考えられます。そのため、TTN5の機能や相互作用は、植物の細胞内膜系の動態や機能に重要な影響を与える可能性があります。