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Un Arg/Ala

Apr 28, 2024

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 311 (2023) Citare questo articolo

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La mtb contagia un quarto della popolazione mondiale. La maggior parte dei farmaci per il trattamento della tubercolosi mirano alla crescita e alla divisione cellulare. Con l’aumento della resistenza ai farmaci, diventa sempre più urgente comprendere meglio la divisione cellulare di Mtb. Questo processo inizia con la formazione dell'anello Z tramite polimerizzazione di FtsZ e ancoraggio dell'anello Z alla membrana interna. Qui mostriamo che la proteina transmembrana FtsQ è un potenziale ancoraggio della membrana dell'anello Z di Mtb. Nella regione citoplasmatica altrimenti disordinata di FtsQ, si forma un'α-elica ricca di Arg/Ala di 29 residui che interagisce con i residui acidi a monte in soluzione e con i lipidi acidi sulla superficie della membrana. Questa elica si lega anche al dominio GTPasi di FtsZ, con implicazioni per il legame dei farmaci e la formazione dell'anello Z.

Nel Mycobacterium tuberculosis (Mtb), FtsQ è una proteina transmembrana essenziale che partecipa allo sviluppo del divisoma, il meccanismo responsabile della divisione cellulare batterica1,2,3. Il divisoma comprende dozzine di proteine ​​transmembrana e idrosolubili. Sebbene la sua composizione possa variare da organismo a organismo, al centro c'è FtsZ, una proteina idrosolubile con un dominio GTPasi globulare e una coda C disordinata; il dominio GTPasi polimerizza per formare l'anello Z e iniziare la divisione cellulare. L'anello Z deve essere ancorato alla membrana interna, tramite interazioni con proteine ​​transmembrana o proteine ​​idrosolubili legate alla membrana. Mentre la versione di Escherichia coli tipica delle proteine ​​batteriche FtsQ ha solo una breve regione citoplasmatica N-terminale (27 residui), la versione Mtb è lunga 99 residui, prima di una singola elica transmembrana e di una regione periplasmatica C-terminale di 191 residui che presumibilmente forma un dominio POTRA (o associato al trasporto polipeptidico). Sia la regione citoplasmatica che quella periplasmatica sono fondamentali per il mantenimento della lunghezza delle cellule di Mtb3. La caratterizzazione biofisica della regione periplasmatica è oggetto di dibattito poiché gli attributi meccanicistici dei domini POTRA restano da dimostrare per la proteina Mtb FtsQ4. Qui, ci concentriamo sulla caratterizzazione della regione citoplasmatica di Mtb FtsQ, o FtsQ1-99, e dimostriamo il suo legame intramolecolare in soluzione, con le membrane acide (imitando la membrana interna di Mtb5) e con Mtb FtsZ.

L'ancoraggio della membrana dell'anello Z è ben studiato in E. coli e Bacillus subtilis. Due proteine, FtsA e ZipA in E. coli e FtsA e SepF in B. subtilis, agiscono ciascuna come ancoraggi della membrana6,7,8. ZipA è una proteina transmembrana9, mentre FtsA e SepF sono proteine ​​idrosolubili con un'elica anfipatica per il tethering della membrana10,11. FtsZ utilizza la sua coda C disordinata per legare un dominio strutturato in ciascuna di queste tre proteine ​​per l'ancoraggio alla membrana11,12,13. In E. coli, FtsA e ZipA forniscono ridondanza nell'ancoraggio della membrana, poiché gli anelli Z possono formarsi in assenza di uno dei due ma non di entrambi6. Tale ridondanza è fornita anche da FtsA e SepF in B. subtilis8. Tuttavia, Mtb ha SepF14,15 ma non FtsA e potrebbe avere un'altra membrana di ancoraggio non identificata dell'anello Z per ridondanza. SepF è stato studiato come ancoraggio della membrana dell'anello Z in Corynebacterium glutamicum16 e Mtb15,17.

Utilizzando diverse tecniche complementari tra cui la spettroscopia NMR in soluzione e allo stato solido e le simulazioni di dinamica molecolare (MD), abbiamo caratterizzato le proprietà conformazionali e dinamiche di Mtb FtsQ1-99 in soluzione e le sue interazioni con membrane e Mtb FtsZ. La sezione centrale di FtsQ1-99 forma una lunga α-elica (residui 46–74) ricca di residui Arg e Ala e interagisce con residui acidi N-terminali. Questa elica ricca di Arg/Ala si lega alle membrane acide attraverso deboli interazioni idrofobiche ma forti elettrostatiche. Si lega anche al dominio GTPasi di FtsZ, rendendo così FtsQ un potenziale ancoraggio della membrana o uno stabilizzatore dell'anello Z di Mtb. Il legame di FtsQ1-99 al dominio GTPasi di FtsZ è in contrasto con le interazioni di quest'ultimo con altre proteine ​​divisomiche, che avvengono tutte attraverso la coda C disordinata di FtsZ, e ha implicazioni per il legame dei farmaci e la formazione dell'anello Z.