メチル基受容性走化性タンパク質

メチル受容性走化性タンパク質（MCP、アスパラギン酸受容体とも呼ばれる）は、サルモネラ菌や大腸菌などの特定の腸内細菌における走化性反応を媒介する膜貫通型受容体のファミリーである。^{[ 3 ]}これらのメチル受容性走化性受容体は、細菌の感覚興奮および適応反応における最初の構成要素の1つであり、特定の化学物質の検出時に遊泳行動を変化させる働きをする。MCPの使用により、細菌は細胞外マトリックス中の分子の濃度を検出し、それに応じて滑らかに泳いだり、回転したりすることができる。細菌が誘引物質（栄養素）の濃度の上昇または忌避物質（毒素）の濃度の低下を検出すると、細菌は前進して泳ぎ続ける、つまり滑らかに泳ぐ。細菌が誘引物質の濃度の低下または忌避物質の濃度の上昇を検出すると、細菌は回転して新しい方向に向きを変える。このようにして、細菌は栄養素に向かって泳ぎ、毒素から遠ざかる可能性がある。^{[ 4 ]}

細菌の60 kDa膜貫通型受容体には多くの異なるタイプがあり、それらは類似したトポロジーとシグナル伝達機構を共有している。それらは、ペリプラズムのリガンド結合ドメイン、2つの膜貫通セグメント、および細胞質ドメインの3つのドメインを持つ。リガンド結合ドメインの構造は、左巻きのねじれを持つ閉じた、または部分的に開いた4つのヘリックス束から構成される。受容体間のリガンド結合ドメインの配列の違いは、異なるリガンド特異性を反映している。リガンドの結合は、膜を介して細胞質活性化ドメインに伝達される構造変化を引き起こす。^{[ 5 ]}

環境の多様性は細菌のシグナル伝達受容体の多様性を生み出し、その結果、MCPをコードする遺伝子が多数存在する。 ^{[ 6 ]}例えば、大腸菌にはよく特徴づけられた4つのMCPが存在する。Tar（アスパラギン酸とマルトースに向かう走性、ニッケルとコバルトから遠ざかる）、Tsr（セリンに向かう走性、ロイシン、インドール、弱酸から遠ざかる）、Trg（ガラクトースとリボースに向かう走性）、Tap（ジペプチドに向かう走性）である。

MCPは類似した構造とシグナル伝達機構を共有しています。MCPは二量体を形成します。3つのMCP二量体は自発的に三量体を形成します。三量体はCheAとCheWによって六角形の格子に複合体化されます。MCPはリガンドに直接結合するか、リガンド結合タンパク質と相互作用して、細胞質内の下流のシグナル伝達タンパク質にシグナルを伝達します。ほとんどのMCPは、(a)成熟タンパク質では膜貫通αヘリックスであるN末端シグナルペプチド、(b)保存性の低いペリプラズム受容体（リガンド結合）ドメイン、(c)膜貫通αヘリックス、(d)一般的に1つ以上のHAMPドメイン、および(e)下流のシグナル伝達成分と相互作用する高度に保存されたC末端細胞質ドメインを含んでいます。C末端ドメインにはメチル化グルタミン酸残基が含まれています。

MCPは、複数のグルタミン酸残基において、脱アミド化と可逆的メチル化という2つの共有結合修飾を受ける。誘引物質はメチル化レベルを増加させ、忌避物質はメチル化レベルを減少させる。メチル基はメチルトランスフェラーゼCheRによって付加され、メチルエステラーゼCheBによって除去される。

リガンドが結合すると、 MCP受容体の構造変化が起こり、それがヘアピン構造に沿って伝わり、センサーキナーゼが阻害されます。ヘアピンの先端には、MCPに結合する2つのタンパク質、CheWとCheAがあります。CheAはセンサーキナーゼとして機能します。CheAはキナーゼ活性を持ち、MCPによって活性化されるとヒスチジン残基で自己リン酸化します。CheWは、MCPからCheAへのシグナルの伝達因子であると考えられています。活性化されたCheAは、そのリン酸基を応答調節因子であるCheYに転移します。リン酸化されたCheYは、鞭毛に連結している基底体FliMをリン酸化します。基底体のリン酸化は鞭毛スイッチとして機能し、鞭毛の回転方向を変えます。この方向の変化により、滑らかな遊泳と回転運動が交互に行われ、細菌のランダムウォークが誘引物質に向かう方向に偏ります。