Ученые раскрыли динамическое взаимодействие FtsZ и ZapA при делении бактерий

Бактериальное деление — процесс, при котором одна клетка делится на две идентичные дочерние, — является одним из важнейших биологических процессов. Понимание его механизма может помочь в разработке методов подавления роста бактерий.

Ключевую роль в делении играет белок FtsZ. Его молекулы полимеризуются в протофиламенты, которые собираются в Z-кольцо. Формирование Z-кольца регулируется вспомогательными белками, включая ZapA — высококонсервативный белок, связывающийся с FtsZ.

Ранее структура протофиламентов FtsZ была изучена в работе 2023 года (Nature Communications). Теперь группа под руководством профессора Хироёси Мацумуры из Университета Рицумэйкан (Япония) исследовала динамическое взаимодействие FtsZ и ZapA. Результаты опубликованы в Nature Communications 1 июля 2025 года.

«FtsZ — потенциальная мишень для терапии бактериальных инфекций. Мы хотели понять, как он сохраняет динамическую природу при взаимодействии с ZapA», — пояснил профессор Мацумура.

Исследователи изучили белки FtsZ и ZapA из бактерии Klebsiella pneumoniae с помощью двух методов:

  • Криоэлектронная микроскопия — для визуализации 3D-структуры комплекса.
  • Высокоскоростная атомно-силовая микроскопия — для наблюдения динамики взаимодействия в реальном времени.

Основные открытия:

  1. Структура комплекса: Четыре молекулы ZapA образуют тетрамер, который связывает протофиламенты FtsZ в асимметричную лестничную структуру. Одиночный филамент FtsZ удерживается между двумя параллельными филаментами с одной стороны и двойным антипараллельным протофиламентом — с другой.
  2. Электростатическое отталкивание: В антипараллельном двойном филаменте обнаружено электростатическое отталкивание. Оно повышает подвижность филаментов FtsZ, позволяя им сохранять динамичность.
  3. Кооперативное связывание: Взаимодействие ZapA и FtsZ носит динамический характер с повторяющимся связыванием и диссоциацией. Связывание одной молекулы ZapA вызывает структурные изменения в FtsZ, облегчая присоединение следующей молекулы ZapA (кооперативный эффект).

Это исследование раскрывает тонкий механизм сборки Z-кольца и открывает путь к разработке новых антибактериальных средств. Оно также демонстрирует эффективность сочетания крио-ЭМ и высокоскоростной АСМ для изучения динамических процессов на клеточном уровне.