浙大Science揭示細(xì)胞分裂新機(jī)制
日期:2013-07-29 09:19:53
來(lái)自浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、斯坦福大學(xué)等處的研究人員在新研究中揭示,在細(xì)菌細(xì)胞分裂過(guò)程中FtsZ原絲利用了一種軸轉(zhuǎn)機(jī)制產(chǎn)生了膜收縮力。這一研究成果發(fā)表在7月26日的《科學(xué)》(Science)雜志上。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院的葉升(Sheng Ye)教授。其早年畢業(yè)于廈門(mén)大學(xué)生物系。曾師從中國(guó)結(jié)構(gòu)學(xué)前輩梁棟才院士和常文瑞院士。主要研究方向是生物大分子結(jié)構(gòu)生物學(xué)。
細(xì)胞的分裂過(guò)程是個(gè)體發(fā)育過(guò)程中的重要事件之一,通過(guò)細(xì)胞分裂,親本的遺傳物質(zhì)復(fù)制加倍并平均分配到子代細(xì)胞中,從而保證了遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定和物種的延續(xù)。根據(jù)以往的研究結(jié)果,人們發(fā)現(xiàn)細(xì)菌癌進(jìn)行分裂活動(dòng)之前,首先要由一些蛋白在分裂位點(diǎn)組裝成一個(gè)環(huán)狀的分裂復(fù)合物,并由此促成分裂隔膜的形成,進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞分裂事件的發(fā)生。Ftsz蛋白是最早出現(xiàn)在分裂位點(diǎn)的蛋白。
FtsZ是一種鳥(niǎo)苷三磷酸(GTP)結(jié)合蛋白,細(xì)胞中每個(gè)FtsZ單體都與一個(gè)GTP或鳥(niǎo)苷二磷酸(GDP)形成FtsZ-GTP或FtsZ-GDP。FtsZ-GTP首先裝配成為中空的FtsZ原絲,裝配時(shí)FtsZ-GTP所攜帶的GTP立刻被水解為GDP和無(wú)機(jī)磷酸鹽。FtsZ原絲進(jìn)一步在細(xì)胞分裂部位的細(xì)胞膜內(nèi)壁上裝配形成稱作為“Z環(huán)”的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在細(xì)胞分裂過(guò)程中,Z環(huán)通過(guò)利用鳥(niǎo)苷三磷酸水解作用產(chǎn)生的化學(xué)能,向細(xì)胞膜施加收縮力。然而,目前對(duì)于這種Z環(huán)收縮力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)機(jī)制仍不是很清楚。
在這篇文章中,研究人員提供了一個(gè)分枝桿菌FtsZ原絲結(jié)合GDP的晶體結(jié)構(gòu),其呈現(xiàn)彎曲構(gòu)象狀態(tài)。結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明,一個(gè)縱向的接口對(duì)于其功能至關(guān)重要。研究人員證實(shí),FtsZ T3環(huán)中一個(gè)水解依賴性的構(gòu)象開(kāi)關(guān)導(dǎo)致了亞單位之間發(fā)生縱向彎曲,由此產(chǎn)生了足夠的收縮力驅(qū)動(dòng)胞質(zhì)分裂。
研究人員表示,新研究發(fā)現(xiàn)不僅揭示了細(xì)胞分裂的基礎(chǔ)機(jī)制,還能夠?yàn)檠邪l(fā)廣譜的抗菌藥物提供依據(jù)。由于所有的細(xì)菌都是利用FtsZ進(jìn)行分裂,并且這一機(jī)制與人體細(xì)胞分裂原理存在差別,因此FtsZ有望成為研發(fā)新廣譜抗菌藥物的一個(gè)有潛力的靶點(diǎn)。