對Myxococcus xanthus中Pom簇動力學(xué)的調(diào)控

桿狀細(xì)菌細(xì)胞通常沿其長軸中途分開收縮。LMU物理學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一個理論模型來解釋黃色粘球菌如何將分裂平面定位到中間細(xì)胞。

必須嚴(yán)格規(guī)范必要的生物過程，如細(xì)胞分裂。例如，細(xì)胞分裂平面的正確定位對于重復(fù)基因組的正確分離至關(guān)重要，因此對于兩個子細(xì)胞的存活至關(guān)重要。。細(xì)菌細(xì)胞通常通過形成可收縮環(huán)而對稱地分開，該收縮環(huán)逐漸收縮以形成相同大小的兩個子細(xì)胞。在一項(xiàng)新研究中，LMU博士生Silke Bergeler和她的主管Erwin Frey教授開發(fā)了一個模型，解釋了如何在桿狀細(xì)菌Myxococcus xanthus中指定分裂平面。該模型基于LotteSøgaard-Andersen教授和她在Marburg的Max Planck陸地微生物研究所所做的實(shí)驗(yàn)工作，在在線期刊PLoS Computational Biology中有所描述。

在細(xì)胞分裂之前，細(xì)菌基因組被復(fù)制。細(xì)菌染色體(或“類核”)占據(jù)的區(qū)域在功能上等同于高等生物細(xì)胞中的細(xì)胞核。當(dāng)細(xì)胞分裂時，類核必須居中，以便重復(fù)的類核在兩個子細(xì)胞之間平均分配。已經(jīng)鑒定了三種蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)是在M. xanthus的中間細(xì)胞中正確定位切割平面所需的。馬爾堡研究小組的實(shí)驗(yàn)表明，其中兩個名為PomX和PomY，組合成一個大的星團(tuán)，最終將標(biāo)志著中間細(xì)胞的位置。第三種是PomZ，它是一種ATP酶 - 一種結(jié)合核苷酸ATP并可將其轉(zhuǎn)化為ADP的酶。由兩個ATP結(jié)合的PomZ蛋白質(zhì)組成的二聚體分子可以附著在染色體DNA上并沿著它擴(kuò)散，并且還可以與PomXY簇結(jié)合并以較低的速率擴(kuò)散。該系統(tǒng)的作用確保簇定位于類核的中點(diǎn)，其與可形成收縮環(huán)的中間細(xì)胞重合。

“我們已經(jīng)開發(fā)出一種數(shù)學(xué)模型，并用它來研究過程的詳細(xì)動力學(xué)，從而將團(tuán)簇定位在類核的中心，”Bergeler說。分析顯示PomZ蛋白是該操作中的關(guān)鍵組分。它們首先與染色體DNA結(jié)合，然后募集簇，從而將其束縛在類核上。然而，PomZ與簇和染色體DNA的同時結(jié)合最終激活PomZ的ATP酶活性，這導(dǎo)致它從簇和DNA分離。然后它在細(xì)胞質(zhì)中擴(kuò)散，最后再次隨機(jī)地結(jié)合到類核中。除了這種延遲之外，另一個因素在將群集穿梭到中核時起著重要作用：染色體表現(xiàn)出一定程度的彈性，這使得染色體上的特定位置可以通過熱波動探索其平衡位置周圍的區(qū)域。“由于這種彈性，與染色體和PomXY簇結(jié)合的PomZ蛋白可以在簇上施加凈力。”此外，模擬顯示群集的速度取決于PomZ從任一側(cè)進(jìn)入群集的通量之間的差異。“關(guān)鍵的一點(diǎn)是，如果簇不對稱地放置，更多的PomZ蛋白質(zhì)將從較長的類核部分方向進(jìn)入其中，而不是從另一側(cè)進(jìn)入，”Bergeler解釋說。PomZ通量的這種不平衡有助于將集群推向中間單元，而不是遠(yuǎn)離中間單元。當(dāng)簇的位置與染色體的中心重合時，

據(jù)其作者稱，該模型在其他細(xì)胞內(nèi)定位系統(tǒng)的背景下也很受關(guān)注，例如用于使大腸桿菌中的收縮環(huán)居中的Min系統(tǒng)，質(zhì)粒分離或負(fù)責(zé)鞭毛定位的機(jī)制。。“通過研究各種系統(tǒng)之間的異同，可以確定它們所依據(jù)的一般機(jī)制，”Frey說。該觀點(diǎn)得到以下發(fā)現(xiàn)的支持：所提出的機(jī)制原則上可以導(dǎo)致兩種不同的動態(tài)行為。如果PomZ沿著類核的運(yùn)動的動力學(xué)相對于簇的擴(kuò)散是緩慢的后者不能穩(wěn)定地保持其在中間核的位置。相反，它圍繞類核的中心來回擺動。

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