MinEのコンフォメーション平衡は、細胞分裂のためのタンパク質波の許容濃度範囲を調節している

Conformational equilibrium of MinE regulates the allowable concentration ranges of a protein wave for cell division.

• Shunshi Kohyama
• Kei Fujiwara
• Natsuhiko Yoshinaga
• Nobuhide Doi

抄録

細菌の中心での細胞分裂位置を決定するMin系は、その構成要素（MinDとMinE）から出現するタンパク質の波（Min波）を利用しているという特徴を持っています。Min波は、MinDEの化学反応と分子拡散の結合下で出現し、MinDとMinEの濃度が同程度のときに出現する。しかし、その濃度範囲を決定するためのナノスケールのメカニズムは不明なままでした。本研究では、細胞を模した人工細胞を用いて、支配的なMinEのコンフォメーションがMin波出現の許容濃度範囲を決定することを示した。さらに、MinEの膜結合領域を欠失させることで、この領域が濃度範囲を狭く制限するために必須であることが示された。これらの知見は、ナノスケールでの複雑な分子システムが、生きた細胞の時空間制御のためのパラメータ調整機構を示しており、分子構造間の平衡制御が細胞分裂のスイッチとして機能する可能性を示している。

The Min system for determining the cell division position at the center in bacteria has a unique character that uses a protein wave (Min wave) that emerges from its components (MinD and MinE). The Min wave emerges under the coupling of chemical reactions and molecular diffusions of MinDE and appears when the concentrations of MinD and MinE are similar. However, the nanoscale mechanism to determine their concentration ranges has remained elusive. In this study, by using artificial cells as a mimic of cells, we showed that the dominant MinE conformations determined the allowable concentration ranges for the emergence of the Min wave. Furthermore, the deletion of the membrane-binding region of MinE indicated that the region was essential for limiting the concentration ranges to be narrower. These findings illustrate a parameter tuning mechanism underlying complex molecular systems at the nanoscale for spatiotemporal regulation in living cells and show a possibility that the regulation of the equilibrium among molecular conformations can work as a switch for cell division.