Allosteric regulation of nitrate transporter NRT via the signaling protein PII

变构调节 运输机 化学 硝酸盐 信号转导 信号蛋白 生物化学 细胞生物学 计算生物学 生物 基因 有机化学
作者
Bo Li,Xiaoqian Wang,Q. Li,Da Xu,Jing Li,Wentao Hou,Yuxing Chen,Yong-Liang Jiang,Cong‐Zhao Zhou
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (11)
标识
DOI:10.1073/pnas.2318320121
摘要

Coordinated carbon and nitrogen metabolism is crucial for bacteria living in the fluctuating environments. Intracellular carbon and nitrogen homeostasis is maintained by a sophisticated network, in which the widespread signaling protein PII acts as a major regulatory hub. In cyanobacteria, PII was proposed to regulate the nitrate uptake by an ABC (ATP-binding cassette)-type nitrate transporter NrtABCD, in which the nucleotide-binding domain of NrtC is fused with a C-terminal regulatory domain (CRD). Here, we solved three cryoelectron microscopy structures of NrtBCD, bound to nitrate, ATP, and PII, respectively. Structural and biochemical analyses enable us to identify the key residues that form a hydrophobic and a hydrophilic cavity along the substrate translocation channel. The core structure of PII, but not the canonical T-loop, binds to NrtC and stabilizes the CRD, making it visible in the complex structure, narrows the substrate translocation channel in NrtB, and ultimately locks NrtBCD at an inhibited inward-facing conformation. Based on these results and previous reports, we propose a putative transport cycle driven by NrtABCD, which is allosterically inhibited by PII in response to the cellular level of 2-oxoglutarate. Our findings provide a distinct regulatory mechanism of ABC transporter via asymmetrically binding to a signaling protein.
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