Динамический цитоскелет в делении бактериальной клетки

Исследователи изучили белки бактериального цитоскелета FtsA и FtsZ — эволюционных предшественников актина и тубулина эукариот. Эти белки играют ключевую роль в делении бактерий, формируя Z-кольцо. В эксперименте in vitro с реконструированной липидной мембраной и добавлением GTP ученые обнаружили, что эти белки способны к самоорганизации в сложные динамические структуры без участия моторных белков.

Ключевые наблюдения

• Прикрепленный к мембране через C-концевой спираль белок FtsA рекрутировал FtsZ, который быстро полимеризовался.
• После достижения критической плотности возникали подвижные потоки, движущиеся в одном преимущественном направлении, и сложные вращающиеся вихри между ними.
• Структуры сохранялись десятки минут и вращались со скоростью до 11 градусов в секунду.

Механизмы и условия

• Образование паттернов требовало добавления ATP, но не его гидролиза (ADP работал так же).
• Гидролиз GTP был необходим для динамики; без него формировались только статичные пучки филаментов.
• Направленность (хиральность) вихрей объясняется полярным присоединением молекул к одной стороне бислоя, а также эффектами пучкования и тредмиллинга в изогнутых филаментах FtsZ.

Значение и перспективы

Вихри напоминают спиральные паттерны, наблюдаемые при сборке Z-кольца in vivo у E. coli и Bacillus subtilis. Исследователи предполагают, что присоединение ферментов к Z-кольцу может происходить пространственно организованно, а основная сила для втягивания мембраны при делении может возникать от образования связей при биосинтезе клеточной стенки.

Изучение внутренней способности к паттернообразованию у более примитивных цитоскелетных белков поможет лучше понять функции их разнообразных и высокооптимизированных потомков в эукариотических клетках.