TŁO: U Bacillus mycoides, jak również u innych członków grupy B. cereus tubulinopodobne białko przegrody podziałowej FtsZ jest kodowane przez gen dystalny gen klastra podziału i ściany komórkowej (dcw). Wzdłuż klastra geny geny kodujące białka strukturalne aparatu podziałowego mieszają się z genami kodującymi enzymy z tymi kodującymi enzymy biosyntezy peptydoglikanu, co stwarza możliwość możliwość, że geny o tej różnej funkcji mogą być współeksprymowane. Wykazano, że transkrypcja ftsZ u dwóch modelowych bakterii różni się: u B. subtilis, gen ftsZ był transkrybowany jako bigeniczny mRNA w operonie AZ AZ; w E. coli transkrypty ftsZ były monogeniczne, wyrażane przez specyficzne promotory. specyficzne promotory. Tutaj przeanalizowaliśmy rozmiar i miejsca inicjacji RNA transkrybowanych z ftsZ i innych genów klastra w dwóch szczepach B. mycoides, DX i SIN, charakteryzujących się koloniami o różnej chiralności i gęstości, aby zbadać korelację różnych morfotypów z transkrypcją genów genów dcw. WYNIKI: W obu szczepach, podczas wzrostu wegetatywnego, RNA specyficzne dla ftsZ były składał się głównie z transkryptów ftsZ, ftsA-ftsZ i ftsQ-ftsA-ftsZ. Niewielka liczba cząsteczek RNA zawierała sekwencje poprzedzających genów murG i murB, które są zaangażowane w syntezę peptydoglikanu. Nie wykryto kotranskrypcji między ftsZ i genami klastra SpoIIG. Monogeniczny ftsZ RNA znaleziono w obu szczepach, z głównym miejscem inicjacji zlokalizowanym wewnątrz sekwencji kodującej ftsA. Aby potwierdzić właściwość promotorową tego miejsca, konstrukt B. mycoides niosący region ftsA przed skróconym genem ftsZ został wstawiony do locus AmyE B. subtilis 168. Miejsce promotora w regionie ftsA zostało rozpoznane w heterologicznym kontekście komórkowym i uległo ekspresji jak u B. mycoides. w B. mycoides. WNIOSKI: Szczepy DX i SIN B. mycoides wykazują bardzo podobną specyficzność transkrypcji RNA specyficzność transkrypcji. Informacyjny RNA ftsZ można znaleźć zarówno jako niezależny transkrypt lub ulega ekspresji razem z ftsA i ftsQ oraz, w niskich geny, które są specyficzne dla biosyntezy peptydoglikanu. --- Podział komórki bakteryjnej obejmuje złożoną i dynamiczną sekwencję zdarzeń w której polimery białka FtsZ gromadzą się na płaszczyźnie podziału i w celu osiągnięcia celu, jakim jest skurczenie błony komórkowej w miejscu podziału komórki. podziału komórki, dzieląc w ten sposób komórkę macierzystą na dwie komórki potomne. Przedstawiamy model matematyczny (który określamy jako CAM-FF: Critical Accumulation of (CAM-FF: Critical Accumulation of Membrane-bound Fibres FtsZ) montażu pierścienia kurczliwego w kategoriach akumulacji krótkich liniowych polimerów FtsZ, które łączą się i dysocjują od błony komórkowej. U prokariotów uważa się, że biochemiczna funkcja FtsZ i przynajmniej początkowa siła kinetyczna skurczu pierścienia. pierścienia. Nasz model rozszerza wcześniejsze prace Surovtseva i wsp. [PLoS Comput. Biol., 2008, 4, e1000102] poprzez dodanie (i) kinetyki akumulacji FtsZ na białkach kotwiczących błony komórkowej i białek kotwiczących błonę komórkową oraz (ii) siły fizyczne wymagane do odkształcenia deformacji komórki wbrew jej napięciu powierzchniowemu. Ponadto zapewniamy bardziej rygorystyczne bardziej rygorystyczne traktowanie dyfuzji wewnątrzkomórkowej i zmieniamy niektóre parametry modelu w świetle dostępnych obecnie dowodów eksperymentalnych. Wyznaczamy krytyczny parametr skurczu, który łączy chemiczną dynamikę populacji cząsteczek FtsZ związanych z błoną z siłą skurczu. Wykorzystanie tego parametru jako narzędzie do przewidywania zdolności komórki do zainicjowania podziału, jesteśmy w stanie przewidzieć wynik podziału w komórkach pozbawionych kluczowych białek wiążących FtsZ. --- Membrany określają dwuwymiarowe i trójwymiarowe przestrzenie reakcji biochemicznych. biochemicznych w żywych systemach. Określenie rozmiaru i kształtu powierzchni i objętości przez błonę ma kluczowe znaczenie dla metabolizmu komórkowego i homeostazy. homeostazy komórkowej, a utrzymanie i kontrolowana transformacja kształtów błony są koordynowane przez dużą liczbę różnych zespołów białkowych. Orkiestracja orkiestracja elementów przestrzennych na odległościach o rzędy wielkości większych niż cząsteczki białka, co jest wymagane do podziału komórki, jest szczególnie szczególnie trudnym zadaniem, wymagającym uporządkowanych na dużą skalę filamentów i sieci białkowych. Struktura i funkcja tych sieci, w szczególności elementów cytoszkieletu cytoszkieletu, zostały szeroko scharakteryzowane w komórkach i odtworzonych systemach. systemach. Jednak ich współrekonstytucja z błonami od dołu do góry w określonych warunkach, w celu szczegółowego wyjaśnienia ich sposobu działania, jest nadal stosunkowo nową dziedziną badań. stosunkowo nową dziedziną badań. W tym krótkim przeglądzie omawiamy najnowsze podejścia i osiągnięcia w odniesieniu do badania zespołów białek cytoszkieletowych cytoszkieletowych na modelowych błonach, ze szczególnym uwzględnieniem elementów kurczliwych, takich jak elementy kurczliwe, takie jak oparte na podziale bakteryjnym białko FtsZ i eukariotyczne struktury aktomiozyny struktury. --- Paciorkowiec grupy A (GAS) jest ludzkim patogenem powodującym szeroki repertuar łagodnych i ciężkich chorób. łagodnych i ciężkich chorób, na które nie ma jeszcze szczepionki. Niedawno zidentyfikowaliśmy trzy antygeny białkowe, które w połączeniu zapewniały szeroką ochronę przed zakażeniem GAS u myszy. Tutaj skupiliśmy naszą uwagę na charakterystyce jednego z tych trzech antygenów, Spy0269, wysoce konserwowanego, eksponowanego na powierzchnię wysoce konserwowane, eksponowane na powierzchni i immunogenne białko o nieznanej funkcji. Usunięcie genu spy0269 w izolacie GAS M1 spowodowało powstanie bardzo długich łańcuchów bakteryjnych, co wskazuje na ich immunogenność. łańcuchy bakteryjne, co wskazuje na upośledzoną zdolność mutanta do prawidłowego podziału. prawidłowego podziału. Mikroskopia konfokalna i eksperymenty immunoprecypitacji wykazały, że białko było zlokalizowane głównie w przegrodzie komórkowej i mogło oddziaływać in vitro z białkiem podziału komórkowego FtsZ, co prowadzi nas do hipotezy że Spy0269 jest członkiem maszynerii podziałowej GAS. Przewidywane domeny strukturalne domeny strukturalne i homologie sekwencji ze znanymi adhezynami paciorkowców sugerowały, że antygen ten może również odgrywać rolę w pośredniczeniu w interakcji GAS z komórkami gospodarza. komórkami gospodarza. Hipoteza ta została potwierdzona przez wykazanie, że rekombinowany Spy0269 może wiązać się z komórkami nabłonka ssaków in vitro i że Lactococcus lactis wyrażający Spy0269 na swojej powierzchni komórkowej może przylegać do komórek ssaków in vitro i do błony śluzowej nosa myszy in vivo. Na podstawie tych danych uważamy, że Spy0269 jest zaangażowany zarówno w podział komórek bakteryjnych, jak i w adhezję do komórek gospodarza. komórek gospodarza i proponujemy zmianę nazwy tego wielofunkcyjnego białka na SpyAD (Streptococcus pyogenes Adhesion and Division protein). --- W Escherichia coli, początkowy montaż pierścienia Z do podziału komórki wymaga FtsZ oraz niezbędnych białek FtsA i ZipA związanych z pierścieniem Z. Termowrażliwe mutacje w ftsA, takie jak ftsA27, mapują się w lub w pobliżu kieszeni wiążącej ATP i powodują zatrzymanie podziału komórkowego w temperaturach niedozwolonych. temperaturach. Stwierdziliśmy, że oczyszczony FtsA typu dzikiego wiąże i hydrolizuje ATP, podczas gdy FtsA27 był wadliwy w obu aktywnościach. FtsA27 był również mniej zdolny do lokalizacji do pierścienia Z in vivo. Aby zbadać rolę transakcji ATP w funkcjonowaniu FtsA in vivo, wyizolowaliśmy wewnątrzgenowe supresory ftsA27. Supresor w miejscu ATP przywracały zdolność FtsA27 do konkurowania z ZipA w pierścieniu Z i zwiększały wiązanie i hydrolizę ATP in vitro. W szczególności, supresory poza miejscem wiązania ATP, w tym niektóre mapujące do podjednostki FtsA-FtsA, również wzmacniały transakcje ATP i wykazywały fenotypy funkcji funkcji in vivo. Wyniki te sugerują, że efekty allosteryczne, w tym zmiany stanu oligomerycznego, mogą wpływać na zdolność FtsA do wiązania i/lub hydrolizy ATP. --- Gram-dodatnia bakteria Staphylococcus aureus, odpowiedzialna za szereg różnorodne choroby u ludzi obejmują wszystkie układy narządów, od zlokalizowanych infekcje skóry do zagrażających życiu infekcji ogólnoustrojowych. FtsZ, kluczowe białko podziału komórek bakteryjnych zostało wybrane jako silny cel przeciwbakteryjny. W celu w celu identyfikacji nowych związków przeprowadzono proces przesiewowy oparty na strukturze przeprowadzono. Przeprowadzono badanie wzbogacające, aby wybrać odpowiednią funkcję punktacji funkcji i wyszukanie potencjalnych kandydatów przeciwko FtsZ z dużej chemicznej bazy danych. chemicznej. Porównano wynik dokowania i wartości energii dokowania, a także oceniono ich interakcje atomowe. oceniono również ich interakcje atomowe. Ponadto przeprowadzono symulację dynamiki molekularnej przeprowadzono również w celu sprawdzenia stabilności i interakcji aminokwasów w kierunku FtsZ. Ostatecznie wybraliśmy C ID 16284, 25916, 15894, 13403 jako lepsze związki wiodące. związki wiodące. Na podstawie tych wyników doszliśmy do wniosku, że nasze wyniki insilico zapewnią ramy dla szczegółowych badań in vitro i in vivo dotyczących aktywności białka FtsZ w procesie opracowywania leków. --- Podział komórek u bakterii jest napędzany przez cytoszkieletową strukturę pierścieniową, pierścień Z złożona z polimerów tubulinopodobnego białka FtsZ. Tworzenie pierścienia Z musi być ściśle regulowane, aby zapewnić wierny podział komórek i kilka mechanizmów, które wpływają na pozycjonowanie i czas montażu pierścienia Z. zostało opisanych. Innym ważnym, ale jak dotąd słabo poznanym aspektem regulacji podziału jest potrzeba koordynacji podziału ze wzrostem komórek i dostępnością składników odżywczych. wzrostem komórek i dostępnością składników odżywczych. W tym badaniu po raz pierwszy wykazaliśmy, że podział komórek jest ściśle powiązany z centralnym metabolizmem węgla w modelu Gram-dodatniej bakterii Bacillus subtilis. Wykazaliśmy, że delecja genu kodującego kinazę pirogronianową (pyk), która wytwarza pirogronian w końcowej reakcji glikolizy, ratuje defekt montażu wrażliwego na temperaturę mutanta ftsZ i ma znaczący wpływ na tworzenie pierścienia Z w komórkach B. subtilis typu dzikiego. Dodanie egzogennego pirogronianu przywraca normalny podział pod nieobecność enzymu kinazy pirogronianowej. enzymu kinazy pirogronianowej, co sugeruje, że pirogronian jest kluczowym metabolitem w koordynacji wzrostu i podziału bakterii. Nasze wyniki potwierdzają model, w którym w którym poziomy pirogronianu są sprzężone z montażem pierścienia Z za pośrednictwem enzymu, który faktycznie metabolizuje pirogronian, podjednostkę E1α dehydrogenazy pirogronianowej. Wykazaliśmy że białko to lokalizuje się nad nukleoidem w sposób zależny od pirogronianu i może stymulować bardziej wydajne tworzenie pierścienia Z w centrum komórki w warunkach w warunkach bogatych w składniki odżywcze, gdy komórki muszą dzielić się częściej. WAŻNOŚĆ: Sposób, w jaki bakterie koordynują procesy cyklu komórkowego z dostępnością składników odżywczych i wzrostem i wzrostem jest fundamentalnym, ale nierozwiązanym pytaniem w mikrobiologii. mikrobiologii. Ostatnie przełomowe odkrycia ujawniły, że informacje żywieniowe mogą być przekazywane bezpośrednio ze szlaków metabolicznych do maszynerii cyklu komórkowego i że może to służyć jako mechanizm dostrajania procesów cyklu komórkowego w odpowiedzi na zmiany warunków środowiskowych. w odpowiedzi na zmiany warunków środowiskowych. Tutaj zidentyfikowaliśmy nowe powiązanie między glikolizą a podziałem komórkowym u Bacillus subtilis. Wykazaliśmy, że pirogronian, końcowy produkt glikolizy, odgrywa ważną rolę w utrzymaniu normalnego podziału. Zależne od składników odżywczych zmiany poziomu pirogronianu wpływają na funkcję białka podziału komórkowego FtsZ, najprawdopodobniej poprzez modyfikację aktywność enzymu metabolizującego pirogronian, a mianowicie dehydrogenazy pirogronianowej E1α. dehydrogenazy pirogronianowej E1α. Ostatecznie system ten może pomóc w koordynacji podziału bakterii z warunkami żywieniowymi, aby zapewnić przetrwanie nowo narodzonych komórek. --- Podział komórkowy u Chlamydiae jest słabo poznany, ponieważ brakuje pozornych homologów do większości brakuje konserwatywnych białek podziału komórkowego bakterii, a obecność białek związanych z wydłużaniem (kształt pręcika) wskazuje, że mogą być stosowane niekanoniczne mechanizmy mogą być stosowane mechanizmy niekanoniczne. Białko determinujące kształt pręcika MreB zostało zaproponowane jako odgrywające wyjątkową rolę w podziale komórek chlamydii. U innych organizmów MreB jest częścią kompleksu elongacyjnego, który wymaga RodZ do prawidłowego funkcjonowania. Ostatnie badanie wykazało, że białko kodowane przez ORF CT009 oddziałuje z MreB pomimo niskiego podobieństwa sekwencji do RodZ. Niniejsze badania rozszerzają te obserwacje poprzez analizę struktury białka, mutagenezę i lokalizację komórkową. Analiza strukturalna wykazała, że CT009 ma wysoki poziom podobieństwa strukturalnego do podobieństwo do RodZ, ujawniając zachowaną orientację dwóch reszt krytycznych dla interakcji z MreB. Substytucje wyeliminowały interakcję białka MreB i częściową komplementację zapewnianą przez CT009 w Escherichia coli z niedoborem RodZ. Analiza lokalizacji komórkowej CT009 wykazała jednolite barwienie błony w Chlamydia. Było to w przeciwieństwie do lokalizacji MreB, która była ograniczona do przewidywanych płaszczyzn przegrody. Lokalizacja MreB do płaszczyzn przegrody zapewnia bezpośrednią obserwację eksperymentalną roli MreB w podziale komórek i wspiera hipotezę, że służy on jako funkcjonalny zamiennik FtsZ w Chlamydia. --- Chlamydie są ważnymi patogenami i symbiontami o unikalnych cechach biologicznych komórek. cechami. Brakuje im białka FtsZ odpowiedzialnego za podziały komórkowe, a istnienie peptydoglikanu (PG) w ich ścianie komórkowej jest wysoce kontrowersyjne. FtsZ i PG razem funkcjonują w organizowaniu podziału komórkowego i utrzymywaniu kształtu komórki u prawie wszystkich innych bakterii. prawie wszystkich innych bakterii. Wykorzystując kriotomografię elektronową, spektrometrię mas i fluorescencyjnych barwników, pokazujemy, że niektóre chlamydie środowiskowe mają ściany komórkowe składające się z nowego typu PG. Leczenie fosfomycyną (inhibitorem syntezy PG inhibitorem syntezy PG) prowadzi do niższych wskaźników infekcji i nieprawidłowych kształtów komórek, co sugeruje, że synteza PG ma kluczowe znaczenie dla cyklu życiowego chlamydii. Nasze odkrycia po raz pierwszy wykazują obecność PG u członka rodziny Chlamydiae. Chlamydiae. Przedstawiają one również unikalny przykład bakterii z woreczkiem PG ale bez FtsZ, podważając obecną hipotezę, że to brak ściany komórkowej ściany komórkowej sprawia, że FtsZ nie jest niezbędna. --- Cytokineza bakteryjna zależy od tubulinopodobnej GTPazy FtsZ, która polimeryzuje w pierścieniową strukturę w środku komórki (pierścień Z), która definiuje miejsce podziału. miejsce podziału. Pierścień Z nukleuje montaż mechanizmów wymaganych do do syntezy ściany komórkowej i rozszczepienia błony, ale może również generować siłę zwężającą siłę. Niedawne obrazowanie FtsZ in vivo w wysokiej rozdzielczości zaczęło oświetlać organizację filamentów w obrębie pierścienia Z. Ta praca in vivo została uzupełnione przez rekonstytucję pierścieni Z in vitro, aby zademonstrować w celu wykazania zdolności FtsZ do generowania siły i zbadania mechanizmu jego działania. Pomimo tych postępów technicznych, czy generowanie siły za pośrednictwem FtsZ jest wymagane dla cytokinezy i w jaki sposób struktura pierścienia Z i zwężenie są mechanicznie powiązane z przebudową ściany komórkowej pozostają kwestiami otwartymi. --- Oporność Mycobacterium tuberculosis na antybiotyki stanowi coraz większy problem. Dlatego opracowanie nowych antybiotyków przeciwgruźliczych jest pilnie potrzebne do kontroli zakażeń gruźlicą (TB). FtsZ, homolog eukariotycznej tubuliny, jest GTPazą, która łączy się w cytokinetyczne pierścienie Z niezbędne do podziału komórek prokariotycznych. podziału w komórkach prokariotycznych. FtsZ (filamentowe białko wrażliwe na temperaturę Z) polimeryzuje w sposób zależny od GTP, a polimeryzacja FtsZ tworzy dynamiczne protofilamenty. dynamiczne protofilamenty. W tym badaniu przeanalizowaliśmy 20 000 związków, aby zidentyfikować inhibitorów aktywności GTPazy FtsZ M. tuberculosis. Odkryliśmy, że 297F hamował GTPazę i polimeryzację FtsZ oraz zmniejszał ilość polimerów FtsZ polimerów FtsZ. Ponadto, 297F wykazuje aktywność przeciwgruźliczą przy niskiej cytotoksyczności i wykazuje nie wykazuje aktywności przeciwbakteryjnej wobec innych szczepów Gram-dodatnich lub Gram-ujemnych. In vitro, 297F indukował również filamentację u Mycobacterium smegmatis. Wszystkie wyniki sugerują, że 297F hamuje proliferację bakterii poprzez celowanie w M. tuberculosis FtsZ i może być użyteczny jako wiodący związek do opracowywania środków przeciw TB środki.
Wymień funkcjonalne role białka FtsZ.
Scharakteryzowano cztery główne role FtsZ: wydłużanie komórek, GTPaza, podział komórek i cytoszkielet bakteryjny.