細菌において、グルタミン合成酵素（GS）は主要なアンモニウム同化酵素である。その活性は、シグナル伝達因子GlnBタンパク質によって制御される二機能性酵素GlnEが触媒する可逆的AMP化を介して、細胞のエネルギー状態および炭素／窒素バランスに応じて厳密に調節される。GSのAMP化は広く研究されてきたが、GlnB:GlnE:GS制御経路は細菌群間で大きな可塑性を示し、AMP化によるGS阻害の構造的基盤は依然として不明である。本研究では、Herbaspirillum seropedicaeにおいて炭素、窒素、エネルギーの各シグナルがGSのAMP化を調節する仕組みを記述し、酵素阻害の基礎となる構造機構を明らかにする。得られたデータから、GSのAMP化は未修飾GlnBには依存しない一方、ウリジリル化GlnB（GlnB-UMP）は、2-オキソグルタル酸によって調節されるGlnB-GlnE複合体を介し、窒素制限条件下でAMP化を阻害することが判明した。さらに、窒素十分条件下ではGlnEがグルタミンを直接感知し、シグナル統合は主としてエネルギーの利用可能性に依存することを示した。AMP化によるGS阻害機構を解明するため、MgATPおよびMnADPと複合体を形成した未修飾GSとAMP化GSのクライオ電子顕微鏡構造を決定した。構造比較により、AMP化はAMPループの柔軟性を増大させ、グルタミン酸への効率的なリン酸基転移に必要な触媒コンフォメーションでATPのγリン酸を配置するためのArg342の配向を安定化する水素結合ネットワークを破壊することが明らかになった。これらの知見は、代謝シグナルが統合されてGSのAMP化を調節する仕組みを明らかにするとともに、AMP化による細菌GS阻害機構について初の構造的洞察をもたらす。
https://doi.org/10.64898/2026.09.02.748916