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2018年6月11日葉升實驗室在eLIFE發文揭示FtsZ原絲纖維間相互作用的分子機制及其在細菌細胞分裂過程中的重要作用

时间:2018年06月14日 访问次数:1101

2018年6月11日,叶升实验室在eLIFE在线发表题为“Lateral interactions between protofilaments of the bacterial tubulin homolog FtsZ are essential for cell division”的研究论文。发现并揭示了FtsZ原丝纤维间相互作用的分子机制及其在细菌细胞分裂过程中的重要作用。

FtsZ是廣泛存在于細菌中的細胞骨架蛋白,其單體可以聚合成原絲纖維,並進一步自組裝成細菌細胞分裂的關鍵細胞器――Z環。這一環狀結構位于細胞分裂隔膜,在細胞分裂過程中不斷收縮並最終將細胞缢裂。然而,自從被發現至今二十多年以來,FtsZ原絲纖維組裝形成Z環的分子機制一直未有定論。進而使得Z環內部結構如何、不斷收縮的分子機制爲何等重要問題一直都沒有得到清楚地解答。

該研究通過解析肺結核分支杆菌FtsZ蛋白的晶體結構,揭示了FtsZ原絲纖維間可通過兩個不同的橫向相互作用面,以反向平行的形式進一步相互作用並組裝形成高級結構。通過體內光交聯實驗、功能互補實驗等技術手段證明了這兩個相互作用面在生理條件下存在,在細胞正常分裂過程中發揮重要作用。同時,實驗結果顯示每對FtsZ亞基間的橫向相互作用是以範德華力爲主的弱相互作用。多聚的FtsZ原絲纖維上具有若幹橫向相互作用位點,其累加效應使得原絲纖維可以通過彼此間的相互作用形成Z環。另外,這樣的相互作用使得Z環可以同時具備高度動態的特性,從而行使驅動細胞細胞壁均勻合成、細胞膜不斷內陷等功能。本研究對進一步理解細菌細胞分裂機制具有重要意義,爲以細胞分裂過程爲靶點的新型抗生素的設計打下了基礎。

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圖注:根據FtsZ原絲纖維的結構,結合光交聯實驗、遺傳互補實驗、電鏡負染實驗和熒光標記實驗,我們證明了FtsZ原絲纖維間相互作用的分子機制及其在細菌細胞分裂過程中的重要作用。

      本文由浙江大學叶升实验室与北京大学昌增益实验室共同完成,叶升教授和昌增益教授为共同通讯作者,关凤慧、余佳钰、于洁、刘洋、李颖为共同第一作者。


原文鏈接:https://elifesciences.org/articles/35578