Фазовое разделение белка-шаффолда регулирует асимметричное деление микробной клетки

Асимметричное деление клетки (АДК), при котором образуются разные дочерние клетки, — это эволюционно консервативный механизм создания клеточного разнообразия у эукариот и прокариот. Его основа — поляризация белков-шаффолдов, формирующих сигнальные хабы на полюсах клетки, однако их биомолекулярная основа и регуляция оставались неясными.

Группа под руководством профессора Чжао Вэя из Шэньчжэньского института перспективных технологий Китайской академии наук выяснила, что белок-шаффолд PodJ, отвечающий за развитие полярного органоида в новом полюсе клетки, образует функциональные биомолекулярные конденсаты посредством фазового разделения. Это помогает установить и регулировать асимметрию бактериальных клеток.

Исследование опубликовано в Nature Communications 23 ноября.

У модельной бактерии Caulobacter crescentus, используемой для изучения АДК, каждое деление производит подвижную клетку-свармер и сидячую клетку со стебельком. На стадии предделения поляризация сигнальных белков нового полюса шаффолдом PodJ модулирует уровень фосфорилирования нижестоящих сигнальных белков, определяя судьбу клетки.

Учёные обнаружили, что фазовое разделение играет ключевую роль в сборке сигнального хаба PodJ. PodJ образует биомолекулярные конденсаты как in vitro, так и in vivo. За это отвечают либо область coiled-coil 4–6, либо внутренне неупорядоченная область PodJ. Обе эти домена также участвуют в рекрутировании клиентских сигнальных белков, что указывает на функциональный вклад фазового разделения PodJ в формирование комплексов PodJ–клиент.

Кроме того, наблюдалось негативное регулирование фазового разделения PodJ белком-шаффолдом старого полюса SpmX. In vitro SpmX ингибировал образование конденсатов PodJ и способствовал их «старению». В живых клетках SpmX препятствовал накоплению PodJ на полюсе клетки и рекрутированию клиентов, что позволяет предположить его роль в ремоделировании от нового к старому полюсу.

«Результаты показывают, что фазовое разделение модулирует сборку и динамику шаффолд-сигнальных хабов у C. crescentus, — сказал профессор Чжао Вэй. — Это может быть общим биофизическим подходом для сборки таких комплексов и регуляции АДК. Подобные методы можно использовать для рационального конструирования искусственных органелл и других безмембранных биокаталитических компартментов».