カロバクター・クレセントゥスのZリングと染色体複製終点を空間的に結合させた新規ディバイソーム関連タンパク質の発見

Novel Divisome-Associated Protein Spatially Coupling the Z-Ring with the Chromosomal Replication Terminus in Caulobacter crescentus.

• Shogo Ozaki
• Urs Jenal
• Tsutomu Katayama

抄録

細胞分裂には、染色体との適切な空間的結合が必要であり、染色体の複製や分離の際に動的に変化する。FtsZは細菌の細胞骨格タンパク質であり、Zリングに集合し、細胞分裂装置を構築するためのプラットフォームを提供している。モデル細菌では、Zリングの細胞内局在化は染色体複製と連動した方法で細胞周期中に制御されている。Z リングの細胞内での動的な局在化は、主に複製起源に関連する FtsZ 阻害剤 MipZ によって駆動されているが、Z リングの正確な位置を確保するメカニズムは不明である。本研究では、Zリングが細胞周期のほとんどの期間を通じて、複製原点の反対側に位置する複製終末領域とコロケーションしていることを明らかにした。この2つの空間的な組織化は、これまでに明らかにされていなかったタンパク質であるZapTによって媒介されており、ZapTは終末領域と相互作用し、ZapAとZauPと結合する。Zリングと末端領域はZapTの存在と一致していたが、ZapTを欠損した細胞では両者のコロケーションが乱れており、Zリングの細胞内での位置決めの遅れを伴っていた。さらに、ZapTを過剰発現させた細胞では、ZリングとMipZの位置合わせが損なわれていた。これらの知見は、細胞分裂プロセスの制御における ZapT の重要な役割を明確に示している。我々は、ZapTがZリングの末端領域とZリングを物理的に結びつける分子ブリッジとして機能し、それによってZリングの正確な部位選択を確実にしていることを提案する。また、ZapTはプロテオバクテリアに保存されていることから、今回の発見は、細胞分裂と染色体組織を調整する一般的なメカニズムを定義している可能性がある。細菌の増殖には、染色体のダイナミックな組織化と細胞分裂のプロセスを慎重に調整する必要があります。腸内細菌では、ZapAは細胞骨格Zリングと結合し、ZapB-MatP-DNA複合体との相互作用により染色体の複製末端への物理的な連結を確立している。しかし、ZapBとMatPは腸内細菌にしか存在しないため、大多数の細菌ではZ-リングと染色体末端がどのように協調しているのかは不明である。ここでは、ZapTと呼ばれる新規の保存タンパク質が、腸内細菌から系統的に遠いモデル生物のZリングと末端のコロケーションを媒介しているという証拠を提供する。の細胞分裂プロセスを促進することを考えると、この研究は、細胞の完全性を維持する上で、Zリングと末端の間の物理的な連結が普遍的に重要であることを浮き彫りにしている。

Cell division requires proper spatial coordination with the chromosome, which undergoes dynamic changes during chromosome replication and segregation. FtsZ is a bacterial cytoskeletal protein that assembles into the Z-ring, providing a platform to build the cell division apparatus. In the model bacterium , the cellular localization of the Z-ring is controlled during the cell cycle in a chromosome replication-coupled manner. Although dynamic localization of the Z-ring at midcell is driven primarily by the replication origin-associated FtsZ inhibitor MipZ, the mechanism ensuring accurate positioning of the Z-ring remains unclear. In this study, we showed that the Z-ring colocalizes with the replication terminus region, located opposite the origin, throughout most of the cell cycle. Spatial organization of the two is mediated by ZapT, a previously uncharacterized protein that interacts with the terminus region and associates with ZapA and ZauP, both of which are part of the incipient division apparatus. While the Z-ring and the terminus region coincided with the presence of ZapT, colocalization of the two was perturbed in cells lacking , which is accompanied by delayed midcellular positioning of the Z-ring. Moreover, cells overexpressing ZapT showed compromised positioning of the Z-ring and MipZ. These findings underscore the important role of ZapT in controlling cell division processes. We propose that ZapT acts as a molecular bridge that physically links the terminus region to the Z-ring, thereby ensuring accurate site selection for the Z-ring. Because ZapT is conserved in proteobacteria, these findings may define a general mechanism coordinating cell division with chromosome organization. Growing bacteria require careful tuning of cell division processes with dynamic organization of replicating chromosomes. In enteric bacteria, ZapA associates with the cytoskeletal Z-ring and establishes a physical linkage to the chromosomal replication terminus through its interaction with ZapB-MatP-DNA complexes. However, because ZapB and MatP are found only in enteric bacteria, it remains unclear how the Z-ring and the terminus are coordinated in the vast majority of bacteria. Here, we provide evidence that a novel conserved protein, termed ZapT, mediates colocalization of the Z-ring with the terminus in , a model organism that is phylogenetically distant from enteric bacteria. Given that ZapT facilitates cell division processes in , this study highlights the universal importance of the physical linkage between the Z-ring and the terminus in maintaining cell integrity.

Copyright © 2020 Ozaki et al.