腸内細菌のZリングとセプタム形成にはFtsZとSepFの動的相互依存性が不可欠である

Essential dynamic interdependence of FtsZ and SepF for Z-ring and septum formation in Corynebacterium glutamicum.

• Adrià Sogues
• Mariano Martinez
• Quentin Gaday
• Mathilde Ben Assaya
• Martin Graña
• Alexis Voegele
• Michael VanNieuwenhze
• Patrick England
• Ahmed Haouz
• Alexandre Chenal
• Sylvain Trépout
• Rosario Duran
• Anne Marie Wehenkel
• Pedro M Alzari

抄録

細菌におけるZリングの組み立てと制御のメカニズムは、特に非モデル生物においては十分に理解されていない。大腸菌は、結核菌の病原体であるマイコバクテリウム・結核菌を含む大規模な細菌門であるが、大腸菌で報告されている標準的なFtsZ膜アンカーとZ-リング調節因子を欠いている。本研究では、FtsZの保存されたC末端テールと相互作用することが知られているアクチノバクテリウム由来の唯一の細胞分裂関連タンパク質であるCorynebacterium glutamicum SepFの生理機能を調べた。本研究では、FtsZとSepFが機能的なZリングの形成に必須の相互依存性を持つことを明らかにした。また、SepF-FtsZ複合体の結晶構造は、疎水性FtsZ結合ポケットを明らかにし、SepFホモ二量体を機能単位として定義しており、可逆的なオリゴマー化界面を示唆している。FtsZフィラメントと脂質膜はSepFの重合に相反する効果を持つことから、SepFは細胞分裂部位で複数の役割を担っており、FtsZの束縛、Zリングのテザリング、膜の再形成など、適切なZリングの組み立てと機能に必要な活動が関与していることが示唆された。

The mechanisms of Z-ring assembly and regulation in bacteria are poorly understood, particularly in non-model organisms. Actinobacteria, a large bacterial phylum that includes the pathogen Mycobacterium tuberculosis, lack the canonical FtsZ-membrane anchors and Z-ring regulators described for E. coli. Here we investigate the physiological function of Corynebacterium glutamicum SepF, the only cell division-associated protein from Actinobacteria known to interact with the conserved C-terminal tail of FtsZ. We show an essential interdependence of FtsZ and SepF for formation of a functional Z-ring in C. glutamicum. The crystal structure of the SepF-FtsZ complex reveals a hydrophobic FtsZ-binding pocket, which defines the SepF homodimer as the functional unit, and suggests a reversible oligomerization interface. FtsZ filaments and lipid membranes have opposing effects on SepF polymerization, indicating that SepF has multiple roles at the cell division site, involving FtsZ bundling, Z-ring tethering and membrane reshaping activities that are needed for proper Z-ring assembly and function.