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FtsZ蛋白的三维结构
FtsZ是一种高度保守的微管蛋白GTPase,是细菌和叶绿体分裂所必需的。FtsZ单体聚合成原丝,在体内的分裂位点形成一个环状结构,称为Z环。Z环在胞质分裂过程中的功能仍存在高度争议。虽然FtsZ环的组装过程已被广泛研究,但在梭形细菌中的研究却很少。
虽然有证据表明,细胞分裂过程中Z环的收缩为胞质分裂提供了收缩力,但最近的证据表明,Z环可能主要作为细胞骨架支架,招募其他蛋白质用于间隔细胞壁的合成。针对Z环的体内组织结构,已经提出了两种主要的模型。斑片带模型提出FtsZ原丝没有很强的横向相互作用,在细胞中部组装成不连续的带。另一方面,横向相互作用模型提出FtsZ原丝相互作用形成一个连续的环或螺旋。对杆状细菌新月形锥杆菌和大肠杆菌的三维(3D)PALM研究支持了斑片状带模型。杆状体只能在细胞中间的上组装Z环,而球形细菌(球菌)可以在无限个理论分裂平面上组装Z环,它们的Z环也比杆状体大。因此,球菌的Z环组织可能与杆不同。对金黄色葡萄球菌的3D SIM研究是迄今为止唯一对球形细菌Z环进行的唯一超分辨率研究。然而,由于其分辨率低,未能最终证明斑片状带或横向相互作用模型。
本文作者对原绿球菌的研究结果也显示,在细胞分裂过程中,FtsZ簇组装成不完整的环,然后形成完整的环。与杆状细菌不同,在原绿球菌细胞分裂时没有减小。
在作者的STORM图像中,3.1%的细胞含有双Z环(图1-D),这些细胞似乎被拉长了。总的来说,作者根据3D STORM图像对四种不同的Z环形态进行了分类:星团、不完整环、完整环和双环,这些都在常规荧光显微镜下观察为斑点或条状。
02
其次,STORM成像数据集使作者能够定量分析原绿球菌细胞周期中不同Z环形态的变化。在S期细胞分裂前,主要形态为不完整的环,其次是团簇,而没有观察到完整的环和双环。在G2/M期进入细胞分裂时,不完全环显著减少,而团簇略有增加。同时,开始出现完整的环和双环。这与G2/M期细胞百分比的峰值相一致。
从S期到G2/M期,含有完整环或双环的细胞增加26%,含有不完整环的细胞减少28%,说明在细胞分裂过程中,不完整环转化为完全环和双环。G1期细胞分裂后,完整的环完全消失,只观察到一个细胞含有双环.相比之下,团簇成为了主要的Z环形态,表明细胞分裂后转化为FtsZ簇。
作者根据原绿球菌细胞周期中不同Z环形态的变化,提出一个球形细菌的Z环组装模型,如图5所示。
图4. 原绿球菌细胞周期中Z环组装的模型
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参考文献:
1. Liu, Riyue, et al. "Three-dimensional superresolution imaging of the FtsZ ring during cell division of the cyanobacterium Prochlorococcus." MBio 8.6 (2017): e00657-17.
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