Sfp1とNuA4のリボソーム調節における役割

細胞は環境の変化に応じて複雑なシステムを発展させてきたんだ。 budding酵母では、この適応プロセスで重要な役割を果たすタンパク質がTORC1って呼ばれるもの。こいつは細胞が外で何が起きてるかを感じ取って、成長やエネルギーの使い方を栄養やストレスレベルに基づいて決める手助けをするんだ。TORC1が調節する重要なタスクの一つは、タンパク質を作るのに必要なリボソームの生成なんだ。

#酵母におけるリボソーム形成

酵母のリボソームは79種類のタンパク質からできていて、それを139個の異なる遺伝子がコードしてる。リボソームを作るプロセスはエネルギーをたくさん使うし、いろんな調整要素（レギュロン）を含むんだ。エネルギーを無駄にしないために、細胞はリボソームタンパク質遺伝子とその調節因子の発現を慎重にコントロールしなきゃならない。これには、これらの遺伝子がいつ、どのようにオンになるかを管理するためのいろんな活性化タンパク質が必要なんだ。

その中でも、Sfp1が重要な役割を果たしてる。Sfp1は、栄養が変動するときにリボソームタンパク質やその調節因子の発現を管理する補助因子みたいなもんだ。普通の成長条件では、TORキナーゼがSfp1にリン酸基を付けて活性化する。この修飾によってSfp1は細胞核に移動し、他の活性化タンパク質とチームを組んでリボソーム遺伝子の発現を促進する。しかし、栄養が少なくなったり、TORC1をブロックするラパマイシンって薬で処理されたりすると、Sfp1は細胞質に移動し、リボソームタンパク質遺伝子の発現が減少する。

#Sfp1とNuA4の相互作用

Sfp1は他のタンパク質と相互作用することで知られてるけど、NuA4っていうタンパク質複合体とも密接に働く。NuA4はDNAの構造を修正するのに役立ついくつかのサブユニットを含んでいて、遺伝子がオンになるのを簡単にする。彼らがこれをする一つの方法は、DNAを細胞内でパッケージするのを助けるヒストンに化学基を追加することなんだ。

NuA4は特に重要で、酵母で唯一の必須ヒストンアセチルトランスフェラーゼであるEsa1を含んでる。こいつは特定のヒストンにアセチル基を追加するのに重要で、遺伝子発現の調節に不可欠なんだ。研究によれば、NuA4はリボソームタンパク質遺伝子のプロモーターに広く結合し、その結合はTORC1のシグナルによって調整されてるみたい。

Sfp1とNuA4がリボソームタンパク質遺伝子を調節する役割を持ってることを考えると、彼らがどうやって一緒に働くかを理解することが大事だったんだ。これを調査するために、研究者たちはbudding酵母を使ってさまざまな技術で彼らの相互作用を分析した。

#相互作用の実験的証拠

研究者たちはまずSfp1とNuA4の物理的な結びつきを調べた。アフィニティ精製っていう方法を使ってSfp1を単離し、その相互作用パートナーを特定した。彼らは、NuA4の重要な構成要素Tra1がSfp1が精製されたサンプルに存在することを見つけた。これによりSfp1がNuA4複合体と物理的に相互作用していることが確認された。

さらに深く掘り下げるために、Sfp1のサンプル内でEaf1やArp4といった特定のNuA4サブユニットも探した。これも相互作用をさらに確認することになった。TORC1経路が阻害されても、Sfp1-NuA4の相互作用は続いていて、彼らの結びつきが栄養条件に依存しないということを示している。

次に、GSTプルダウンって方法を使ってSfp1とNuA4の間で直接相互作用が可能かどうかを評価した。Sfp1をNuA4と混ぜたとき、NuA4の活性を引き出すことができ、直接的な相互作用を示唆した。

#Sfp1のNuA4機能における役割

Sfp1とNuA4が相互作用することを確認した後、研究者たちはこの関係が遺伝子発現にどう影響するかを調べた。Sfp1がリボソームタンパク質遺伝子のプロモーターへのNuA4複合体のリクルートに影響を与えるかどうかを見た。Sfp1の欠失が成長に及ぼす影響を最小限にするために、アンカーアウェイって技術を使ってSfp1を迅速に核から取り除いた。

Sfp1が減少した細胞は成長に欠陥を見せたけど、NuA4がリボソーム遺伝子プロモーターへの結合は変わらなかった。Sfp1が全くない細胞を使っても、NuA4はまだこれらのプロモーターに存在していることが観察された。これにより、Sfp1がNuA4を遺伝子プロモーターにリクルートする直接的な役割を果たしていないことが示唆された。

#Sfp1欠失がヒストンアセチル化に与える影響

Sfp1がNuA4のプロモーターへの結合には影響を与えない一方で、研究者たちはSfp1がNuA4の機能に役割を果たしているかどうかを見た。彼らは、H3とH4という2つの重要なヒストンのアセチル化のレベルを測定して、Sfp1がNuA4の活性に影響を与えるかどうかを調べた。Sfp1が欠失すると、リボソームタンパク質遺伝子のプロモーターで両方のヒストンのアセチル化が有意に減少した。これにより、NuA4はこれらの領域に結合できても、Sfp1がいないとヒストンを修飾する能力が損なわれることが示唆された。

興味深いことに、Sfp1が欠失するとリボソーム遺伝子プロモーターでヒストンH2AのバリアントであるHtz1のレベルが増加することに気づいた。この観察は、Sfp1の存在がHtz1のアセチル化を促進している可能性があることを示唆していて、遺伝子がオンになるタイミングを調整するのに重要かもしれない。

#NuA4がSfp1の結合に与える影響

Sfp1がNuA4の結合に影響を与えないけど、NuA4がSfp1のリボソームタンパク質遺伝子プロモーターへの結合能力に影響を与えるかどうかを調べるために、研究者たちは再びアンカーアウェイ技術を使ってNuA4のEsa1サブユニットを迅速に欠失させた。Esa1の欠失はリボソーム遺伝子プロモーターでのアセチル化レベルを減少させ、Sfp1の結合にも影響を与えた。

異なるカテゴリーのリボソームタンパク質遺伝子におけるSfp1の結合を分析したところ、主なカテゴリーのリボソームタンパク質遺伝子ではリクルートが大幅に減少し、特定のサブセットだけが例外的だった。これは、NuA4がこれらの遺伝子へのSfp1の最適なリクルートに必要であることを示している。

#Sfp1のアセチル化

ヒストン以外にも、NuA4はSfp1自身などの非ヒストンタンパク質も修飾できる。研究者たちは、Sfp1がK655とK657という2つの特定のリジン残基でアセチル化されることを突き止めた。これらのアセチル化部位の重要性を理解するために、研究者たちはアセチル化できないSfp1の突然変異体とアセチル化を模倣する別の突然変異体を作り出した。

研究者たちがSfp1のアセチル化レベルを調べると、K655とK657の突然変異はSfp1のアセチル化を完全には排除しなかった。他の部位もターゲットになる可能性があることを示している。興味深いことに、アセチル模倣突然変異体はストレスや栄養不足に対する感受性が高まったので、細胞の栄養の可用性に関するシグナルを誤解させるかもしれない。

#アセチル化が遺伝子発現に与える影響

次に、Sfp1のアセチル化が転写活性化因子としての機能にどう影響するかを見た。研究者たちは、野生型Sfp1と突然変異株との間で、特定のリボソームタンパク質とリボソーム生合成遺伝子の発現レベルを比較した。アセチル化を模倣する突然変異株は、リボソーム生合成遺伝子の発現が大幅に増加した一方で、リボソームタンパク質遺伝子の発現は安定していた。

広範なRNAシーケンシングは、アセチル模倣突然変異株でリボソーム生合成に関連する特定の遺伝子群がアップレギュレートされたことを確認した。これにより、Sfp1のNuA4依存的なアセチル化が遺伝子発現の調節能力に重要な影響を与えることが示された。

#炭素源が遺伝子発現に与える影響

研究者たちは、酵母の細胞に利用可能な炭素源の種類がリボソームタンパク質とリボソーム生合成遺伝子の発現に影響を与えることを発見した。異なる炭素源で酵母を育てる実験を行ったところ、豊富な炭素源からあまり好ましくない炭素源へとシフトしたとき、リボソームタンパク質遺伝子の発現が減少することが分かった。

Sfp1の突然変異体のこれらのシフトへの反応を調べたところ、アセチル模倣突然変異体は栄養制限条件下でリボソーム生合成遺伝子の発現が驚くほど減少した。これにより、Sfp1の調節メカニズムが環境内の栄養の可用性に応じて異なる可能性が示唆された。

#グルコースパルス実験

栄養の可用性の変化を細胞がどのように感知するかを理解するために、研究者たちは細胞を貧弱な炭素源から豊富な炭素源にシフトさせる実験を設計した。栄養のシフトに対して細胞がどれだけ早く効果的に転写を調整できるかを見たかったんだ。

ラフィノースでの一定期間の後にグルコースを導入すると、野生型と突然変異株の両方がリボソームタンパク質とリボソーム生合成遺伝子の発現が増加することが分かった。結果は、栄養条件の変化に対するリボソームタンパク質遺伝子とリボソーム生合成遺伝子の異なる調節メカニズムを示唆している。

#結論

要するに、この研究はSfp1がNuA4複合体とどのように相互作用してリボソームタンパク質とリボソーム生合成遺伝子の発現を調節するかを明らかにしてる。Sfp1の存在は適切な遺伝子発現に必要な局所的なヒストン修飾に欠かせないし、NuA4の結合には影響を与えないけど、NuA4のアセチル転移酵素活性には重要なんだ。

さらに、この研究はSfp1のアセチル化が栄養の変化に対する適切な応答を引き出すのに重要で、リボソームタンパク質とリボソーム生合成遺伝子に対して異なる調節メカニズムが働いていることを強調してる。この研究は細胞が環境に適応し、適切な成長と代謝を確保するために、転写因子と共活性化因子との間の複雑な関係を明らかにしている。見つかったことは、遺伝子調節や細胞応答に関する広範な議論に関して、タンパク質がどのように相互作用し、修飾されるかが細胞機能に大きく影響を与えることを示している。