生化学：始原時計から概日振動体へ
Nature 616, 7955 doi: 10.1038/s41586-023-05836-9
概日リズムは多くの生物学的過程で必須の役割を果たしており、真の翻訳後概日振動子を構成するのに必要なタンパク質は、原核生物では3つだけである。3つのKaiタンパク質の進化史は、KaiCが最も古く、概日時計の中心となる成分であることを示している。その後KaiBとKaiAが加わって、KaiCのリン酸化状態を調節し、時刻の同調を可能にした。シアノバクテリアのカノニカルなKaiABC系は詳しく解明されているが、KaiBCだけを持つもっと古い系については、ほとんど解明されていない。しかし、複数の報告によって、そうした古い系が砂時計に似た簡易な時間管理機構を持つ可能性が示唆されている。今回我々は、紅色細菌のRhodobacter sphaeroidesのKaiBCだけを含む始原的な概日時計を調べ、KaiAを欠くにもかかわらず機能する内部機構を解明した。X線結晶解析とクライオ電子顕微鏡を組み合わせることにより、KaiCの新規な十二量体構造が見つかった。この構造では、2個の六量体が12本のヘリックスからなるコイルドコイルバンドルによって結び付けられている。この結合は、KaiCのカルボキシ末端の伸長部によって形成され、古い形の調節成分として働いており、この役割は後にKaiAに引き継がれている。日中と夜間のコンホメーションの間の、あるコイルドコイルのレジスターの変化が、140 Åを超える長距離にわたるアロステリックネットワークを介して、リン酸化部位に結び付いている。我々の得た動力学データによって、日中と夜間のATP–ADP比の違いが、概日時計を駆動する環境からの合図となることが突き止められ、また、自立した振動子の進化の様子を示唆する詳細な作用機構が明らかになった。
