アルグ/アラ

Communications Biology volume 6、記事番号: 311 (2023) この記事を引用

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Mtb は世界人口の 4 分の 1 に感染しています。 結核治療薬のほとんどは細胞の成長と分裂を標的としています。 薬剤耐性の上昇に伴い、Mtb 細胞分裂をより深く理解することがますます緊急になっています。 このプロセスは、FtsZ の重合による Z リングの形成と内膜への Z リングの固定から始まります。 今回我々は、膜貫通タンパク質FtsQがMtb Zリングの潜在的な膜アンカーであることを示す。 FtsQ の無秩序な細胞質領域では、29 残基の Arg/Ala に富む α ヘリックスが形成され、溶液中の上流の酸性残基および膜表面の酸性脂質と相互作用します。 このヘリックスは FtsZ の GTPase ドメインにも結合し、薬物結合と Z 環形成に関係します。

結核菌 (Mtb) では、FtsQ は細菌の細胞分裂を担う機構であるジビソームの発達に関与する必須の膜貫通タンパク質です 1,2,3。 ディビソームは数十の膜貫通タンパク質と水溶性タンパク質で構成されています。 その組成は生物によって異なりますが、中心となるのは球状の GTPase ドメインと無秩序な C テールを持つ水溶性タンパク質である FtsZ です。 GTPase ドメインは重合して Z リングを形成し、細胞分裂を開始します。 Z リングは、膜貫通タンパク質または膜に結合した水溶性タンパク質との相互作用を介して内膜に固定されている必要があります。 細菌の FtsQ タンパク質に典型的な大腸菌バージョンには短い N 末端細胞質領域 (27 残基) しかありませんが、Mtb バージョンは 99 残基の長さで、その後単一の膜貫通ヘリックスと 191 残基の C 末端ペリプラズム領域が存在すると推定されています。 POTRA（またはポリペプチド輸送関連）ドメインを形成します。 細胞質領域とペリプラズム領域の両方が、Mtb 細胞の長さの維持に重要です 3。 Mtb FtsQ タンパク質については POTRA ドメインの機構的特性がまだ実証されていないため、ペリプラズム領域の生物物理学的特徴付けは議論の対象となっています4。 ここでは、Mtb FtsQ 細胞質領域、または FtsQ1-99 の特性評価に焦点を当て、溶液中での分子内、酸性膜 (Mtb 内膜 5 を模倣)、および Mtb FtsZ への結合を実証します。

Z リングの膜固定は大腸菌と枯草菌でよく研究されています。 大腸菌の FtsA と ZipA、枯草菌の FtsA と SepF という 2 つのタンパク質は、それぞれ膜アンカーとして機能します6、7、8。 ZipA は膜貫通タンパク質 9 であるのに対し、FtsA と SepF は膜結合のための両親媒性ヘリックスを持つ水溶性タンパク質です 10,11。 FtsZ は、その無秩序な C テールを使用して、膜アンカーリングのためにこれら 3 つのタンパク質のそれぞれの構造化ドメインに結合します 11、12、13。 大腸菌では、FtsA と ZipA は膜アンカーリングに冗長性をもたらします。これは、どちらか一方が存在しない場合でも Z リングは形成できますが、両方が存在することはありません 6。 このような冗長性は、B. subtilis の FtsA および SepF によっても同様に提供されます8。 しかし、Mtb は SepF14,15 を持っていますが、FtsA を持っておらず、冗長性のために Z リングの別の未確認の膜アンカーを持っている可能性があります。 SepF は、コリネバクテリウム グルタミカム 16 および Mtb15、17 の Z リングの膜アンカーとして研究されています。

溶液および固体NMR分光法や分子動力学（MD）シミュレーションなどのいくつかの補完的な技術を使用して、溶液中のMtb FtsQ1-99の立体構造および動的特性、ならびに膜およびMtb FtsZとの相互作用を特徴付けました。 FtsQ1-99 の中央部分は、Arg および Ala 残基が豊富で、N 末端の酸性残基と相互作用する長い α ヘリックス (残基 46 ～ 74) を形成します。 このArg/Alaが豊富なヘリックスは、弱い疎水性だが強い静電相互作用を通じて酸性膜に結合します。 また、FtsZ の GTPase ドメインにも結合するため、FtsQ は潜在的な膜アンカーまたは Mtb Z リングの安定化剤になります。 FtsQ1-99のFtsZのGTPaseドメインへの結合は、後者の他のジビソームタンパク質との相互作用とは対照的であり、これらの相互作用はすべてFtsZの無秩序なCテールを介して起こり、薬物結合とZ環形成に影響を及ぼします。