Autoinhibition of a clamp-loader ATPase revealed by deep mutagenesis and cryo-EM

过程性 突变 DNA ATP水解 ATP酶 生物物理学 DNA复制 生物 突变 噬菌体 DNA钳 细胞生物学 生物化学 化学 核糖核酸 基因 大肠杆菌 逆转录酶
作者
Kendra Marcus,Yongjian Huang,Subu Subramanian,Christine L. Gee,Kent Gorday,Sam Ghaffari-Kashani,Xiao Ran Luo,Lisa Zheng,Mike O’Donnell,Sriram Subramaniam,John Kuriyan
出处
期刊:Nature Structural & Molecular Biology [Springer Nature]
卷期号:31 (3): 424-435
标识
DOI:10.1038/s41594-023-01177-3
摘要

Clamp loaders are AAA+ ATPases that facilitate high-speed DNA replication. In eukaryotic and bacteriophage clamp loaders, ATP hydrolysis requires interactions between aspartate residues in one protomer, present in conserved 'DEAD-box' motifs, and arginine residues in adjacent protomers. We show that functional defects resulting from a DEAD-box mutation in the T4 bacteriophage clamp loader can be compensated by widely distributed single mutations in the ATPase domain. Using cryo-EM, we discovered an unsuspected inactive conformation of the clamp loader, in which DNA binding is blocked and the catalytic sites are disassembled. Mutations that restore function map to regions of conformational change upon activation, suggesting that these mutations may increase DNA affinity by altering the energetic balance between inactive and active states. Our results show that there are extensive opportunities for evolution to improve catalytic efficiency when an inactive intermediate is involved. Here, using deep mutagenesis and cryo-EM, the authors unveil an autoinhibited conformation of a clamp loader from T4 bacteriophage, which is characterized by disassembled catalytic sites and blocked DNA binding.
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