Functional cross-talk between allosteric effects of activating and inhibiting ligands underlies PKM2 regulation

变构调节 巴基斯坦卢比 丙酮酸激酶 生物化学 酶激活剂 变构酶 糖酵解 化学 突变 生物物理学 细胞生物学 生物 突变体 基因
作者
Jamie A. Macpherson,Alina Theisen,Laura Masino,Louise Fets,Paul C. Driscoll,Vesela Encheva,Ambrosius P. Snijders,Stephen F. Martin,Jens Kleinjung,Perdita E. Barran,Franca Fraternali,Dimitrios Anastasiou
出处
期刊:eLife [eLife Sciences Publications Ltd]
卷期号:8 被引量:21
标识
DOI:10.7554/elife.45068
摘要

Several enzymes can simultaneously interact with multiple intracellular metabolites, however, how the allosteric effects of distinct ligands are integrated to coordinately control enzymatic activity remains poorly understood. We addressed this question using, as a model system, the glycolytic enzyme pyruvate kinase M2 (PKM2). We show that the PKM2 activator fructose 1,6-bisphosphate (FBP) alone promotes tetramerisation and increases PKM2 activity, but addition of the inhibitor L-phenylalanine (Phe) prevents maximal activation of FBP-bound PKM2 tetramers. We developed a method, AlloHubMat, that uses eigenvalue decomposition of mutual information derived from molecular dynamics trajectories to identify residues that mediate FBP-induced allostery. Experimental mutagenesis of these residues identified PKM2 variants in which activation by FBP remains intact but cannot be attenuated by Phe. Our findings reveal residues involved in FBP-induced allostery that enable the integration of allosteric input from Phe and provide a paradigm for the coordinate regulation of enzymatic activity by simultaneous allosteric inputs.

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