Геометрия закрепления является важным фактором, определяющим направление движения кинезина.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15417 (2022) Цитировать эту статью

1301 Доступов

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Моторы на основе микротрубочек кинезина-14 имеют N-концевой хвост, прикрепляющий каталитическое ядро ​​к его нагрузке, и обычно движутся к минус-концам микротрубочек, в то время как большинство других кинезинов имеют C-концевой хвост и движутся к плюсовым концам. Потеря консервативных последовательностей, внешних по отношению к моторному домену, заставляет кинезин-14 переключаться на подвижность плюс-конца, показывая, что N-концевое прикрепление совместимо с подвижностью плюс-конца. Однако систематических исследований роли позиции прикрепления в подвижности минус-конца не проводилось. Поэтому мы исследовали подвижность мономерных кинезинов-14, различающихся только точкой прикрепления. Мы обнаружили, что C-концевая точка прикрепления приводит к тому, что кинезин-14 становится направленным на плюс-конец, при этом направление и шаг вращения микротрубочек в анализах подвижности аналогичны таковым для кинезина-1, что позволяет предположить, что как C-кинезин-14, так и N-кинезин-14 -кинезин Кинезин-1 обладает высококонсервативной основной каталитической функцией с присущей ей тенденцией к положительному концу. Таким образом, прикрепление к N-концу является одним из требований для подвижности минус-конца кинезина-14.

Однонаправленное движение моторных белков кинезина вдоль микротрубочек важно во многих клеточных процессах у эукариот, включая транспорт органелл и деление клеток. В целом, большинство N-кинезинов, таких как кинезины от-1 до -10 и -12, у которых моторный домен расположен в N-концевой части, движутся к плюс-концам микротрубочек, в то время как некоторые C-кинезины, такие как кинезин-14, в которых моторные домены расположены в С-концевой части, движутся к минус концам микротрубочек1,2. Однако не все кинезины обладают такой чисто однонаправленной подвижностью, и недавно переключение направления наблюдалось у некоторых кинезинов дрожжей и грибов. Некоторые кинезины-5, N-кинезины, которые обычно направлены к плюсовому концу, обладают замечательной способностью также перемещаться к минусовому концу микротрубочек и переключать направленность при различных условиях3,4,5,6,7, тогда как некоторые кинезины-5, 14 (C-кинезин, которые обычно направлены на минус-конец) демонстрируют контекстно-зависимую двунаправленность8,9. Несмотря на противоположные конечные направления их продольной подвижности, каталитическое ядро ​​N-кинезинов, таких как кинезин-1, и C-кинезинов, таких как кинезин-14, удивительно схоже по своей трехмерной структуре и аминокислотным последовательностям1,10,11. Кроме того, N-кинезины, такие как кинезины-112, -213, -314, -515, -616 и -817 и C-кинезин кинезин-1418,19 также генерируют крутящий момент, который вместе с их продольной подвижностью приводит к похожее на штопор перемещение микротрубочек, скользящих по множеству моторов, прикрепленных к поверхности. За исключением процессивного димерного кинезина-1, который точно отслеживает отдельный протофиламент в микротрубочке20, N-кинезины, направленные на плюс-конец, вызывают левостороннее штопорное движение микротрубочки12, тогда как кинезин-14, направленный на минус-конец, Ncd совершает правостороннее штопорное движение18. Такое изменение направления «штопора» в зависимости от направления предполагает, что компонент подвижности кинезина, генерирующий боковой крутящий момент, совершенно одинаков в обоих типах моторики (дополнительный рисунок 1)12.

В отличие от сходства структуры и функций каталитического ядра, кинезин-1 и кинезин-14 имеют свои собственные уникальные области, прилегающие к C- и N-концу их каталитического ядра (рис. 1a и дополнительные рис. 2a,b). ). В кинезине-1 С-концевая область из ~15 аминокислот, называемая шейным линкером, которая простирается от α6-спирали в каталитическом ядре, претерпевает конформационные изменения, вызванные изменениями в состоянии нуклеотидов кинезина21,22. Считается, что стыковочная конформация этого шейного линкера с каталитическим ядром является основным событием, генерирующим силу для N-кинезинов. Недавно предполагалось, что N-концевая β-цепь, называемая покровной нитью, выступающая из моторного ядра кинезина-1, взаимодействует с шейным линкером, образуя «пучок покров-шея», который модулирует генерацию силы вдоль как микротрубочек, так и шейных линкеров. продольная23,24 и короткие боковые оси25. Однако механизм генерации силы стыковки шейного линкера не сохраняется во всех N-кинезинах, поскольку у некоторых N-кинезинов, таких как кинезины-6 и -10, отсутствуют типичные области шейных линкеров26,27. В отличие от N-кинезинов, C-кинезиновые кинезины-14 обладают уникальной α-спиральной структурой, называемой шейной спиралью, соединенной непосредственно с N-концом β1-листа каталитического ядра, которая высоко консервативна во всех кинезинах. -14 участников28. Было высказано предположение, что вращательное колебание шейной спирали отвечает за создание силы и направленность минус-конца в кинезинах-14, что эквивалентно повороту плеча рычага, предложенному для актиновых моторных белков миозина29, хотя нуклеотидное состояние, в котором Качания шеи и спирали остаются спорными19,30,31,32. Кроме того, кинезин-14 также содержит С-концевой короткий участок, называемый шейным мимиком, который выступает из α6-спирали. Хотя шейный имитатор мало похож на шейный линкер N-кинезинов на уровне аминокислот, он содержит несколько основных и гидрофобных аминокислот, которые высоко консервативны в кинезине-14s33. Мимик шеи не был обнаружен в кристаллографических или криоэлектронных микроскопических структурах кинезина-14s дикого типа Drosophila melanogaster Ncd30,34 или Saccharomyces cerevisiae Kar335, но был обнаружен в структуре члена кинезина-14 KCBP (кинезин-подобный кальмодулин-связывающий белок), где С-концевая область, включающая мимик шеи, пристыкована к каталитическому ядру таким же образом, как и шейный линкер в N-кинезинах36. У Ncd с единственной мутацией T436S также было показано, что первые три остатка шеи-мимической области стыкуются с каталитическим ядром31. Биохимические анализы и анализы подвижности также указывают на то, что шейный имитатор Ncd может регулировать сродство связывания Ncd с микротрубочками и подвижность, направленную на минус-концы33. Эти исследования показывают, что С-концевая шейно-мимическая область в С-кинезинах может также участвовать в генерации силы для подвижности, направленной на минус-конец, аналогично шейному линкеру N-кинезинов для подвижности, направленной на плюс-конец. .