miniatura|300px|Estrutura molucular da proteína FtsZ. A FtsZ é unha proteína bacteriana codificada no xene ftsZ que se ensambla formando un anel no lugar onde se formará o septo que divide a célula bacteriana durante a súa división celular. Esta proteína é un homólogo procariota da proteína eucariótica tubulina. O nome FtsZ procede do inglés "Filamenting temperature-sensitive mutant Z" (mutante sensible á temperatura filamentante Z). A hipótese sobre estes mutantes de Escherichia coli que tiñan alterada a división celular era que crecerían como filamentos debido á incapacidade das células fillas de separarse unha da outra.
Historia O descubrimento do citoesqueleto bacteriano é bastante recente. A FtsZ foi a primeira proteína do citoesqueleto procariota que se identificou.
O xene desta proteína foi descuberto na década de 1950 por Y. Hirota e os seus colegas nun exame de mutantes para a división celular bacteriana. En 1991 Erfei Bi e Joseph Lutkenhaus demostraron que a FtsZ se ensamblaba formando un anel Z.
No musgo Physcomitrella patens existe un xene para a FtsZ, que está codificado no núcleo e é necesario para a división do cloroplasto, e foi a primeira proteína que se identificou que era esencial para a división dun orgánulo (ver musgo knockout).R. Strepp, S. Scholz, S. Kruse, V. Speth, R. Reski (1998): Plant nuclear gene knockout reveals a role in plastid division for the homolog of the bacterial cell division protein FtsZ, an ancestral tubulin. Proceedings of the National Academy of Science USA 95: 4368–4373.
Función Durante a división celular, a FtsZ é a primeira proteína que se despraza ao sitio de división, e é esencial para recrutar outras proteínas que producen a nova parede celular entre as células en división. O papel da FtsZ na división celular é análogo ao da actina na división da célula eucariótica, pero, a diferenza do anel de actina-miosina dos eucariotas, a FtsZ non ten proteínas motoras asociadas con ela. A orixe da forza citocinética non está aclarado, pero crese que a síntese localizada da nova parede celular produce polo menos parte desa forza. En liposomas Osawa (2009) demostrou que a FtsZ ten a capacidade de exercer unha forza contráctil sen que estea presente ningunha outra proteína.
Erickson (2009) propuxo unha maneira que explica como as proteínas de tipo tubulina e as de tipo actina inverteron o seu papel na división celular, o cal se consideraba un misterio evolutivo. A utilización do anel de FtsZ na división dos cloroplastos e algunhas mitocondrias reforza a idea de que teñen un antepasado procariota. É interesante notar que nas formas L bacterianas que carecen de parede celular non cómpre FtsZ para a división, o cal implica que as bacterias puideron reter compoñentes correspondentes a un modo ancestral de división celular.
Sábese moito sobre as actividades de polimerización dinámica da tubulina e dos microtúbulos, pero pouco sobre estas actividades na FtsZ. Os protofilamentos dunha febra de tubulina forman microtúbulos de 13 febras, pero a estrutura de multifebras do anel Z que contén FtsZ non se coñece. Especúlase que podería consistir en filamentos solapados.
Recentemente, descubríronse proteínas similares á tubulina e á FtsZ en grandes plásmidos de especies de Bacillus. Crese que funcionan como compoñentes dos segrosomas, que son complexos multiproteínicos que separan os cromosomas/plásmidos en bacterias. Os homólogos nos plásmidos da tubulina/FtsZ parece que conservaron a capacidade de polimerizarse formando filamentos.
O anel contráctil
A FtsZ ten a capacidade de unirse á GTP e tamén presenta un dominio GTPase co que pode hidrolizar o GTP a GDP e fosfato. In vivo, a FtsZ forma filamentos cunha disposición repetida de subunidades, todas colocadas cabeza con cola. Estes filamentos forman un anel arredor do punto medio lonxitudinal ou septo da célula. Este anel denomínase anel Z.
A actividade de hidrólise do GTP da proteína non é esencial para a formación de filamentos ou a división. Os mutantes que carecen do dominio GTPase forman septos retortos e desordenados. Estas células con septos irregulares poden malia todo dividirse, aínda que o fan de forma anormal. Non está claro como fai a FtsZ para proporcionar a forza física que dá lugar á división ou como serve de marcador para que outras proteínas executen a división.
miniatura|dereita|O anel Z fórmase a partir de pequenas subunidades de filamentos FtsZ. Estes filamentos poden empurrarse uns a outros e estirarse para dividir a célula.
Se a FtsZ proporciona a forza para que se divida a célula, podería facer o mesmo co movemento relativo das subunidades. Os modelos por computadora e as medidas in vivo suxiren que un filamento de FtsZ só non pode manter un tamaño de máis de 30 subunidades de longo. Neste modelo, a forza de escisión da FtsZ procede do movemento latreral relativo das subunidades. Febras de FtsZ aliñaríanse paralelas e empurraríanse unhas a outras creando unha "corda" de moitas febras que se tensa a si mesma.
Noutros modelos, a FtsZ non proporciona a forza contráctil senón que proporciona á célula o armazón espacial para que outras proteínas executen a división da célula. Isto é semellante a crear unha estrutura temporal como a que levantan os traballadores da construción para acceder ás partes ás que é difícl chegar nun edificio. A estrutura temporal permite o libre acceso e asegura que os traballadores poidan chegar a todas os lugares. Se a estrutura temporal non se constrúe correctamente, os traballadores non poderán chegar a certas partes e a construción será deficiente.
A teoría do armazón ou estadal está apoiada por informacións que mostran que a formación do anel e a localización na membrana require a acción concertada de varias proteínas accesorias. A proteína ZipA ou a proteína homóloga da actina FtsA permiten que a FtsZ se sitúe inicialmente na membrana. Despois de situarse na membrana, recrútanse proteínas da división da familia da Fts para a ensamblaxe do anel. Moitas destas proteínas, como FtsW, FtsK, e FtsQ están implicadas na estabilización do anel Z e poden tamén ser participantes activos na escisión.
Localización septal e sinalización intracelular
A formación do anel Z coincide estreitamente cos procesos celulares asociados coa replicación. A formación do anel Z coincide coa terminación da replicación do xenoma en Escherichia coli e co 70% da replicación do cromosoma en B. subtilis. A temporalización da formación do anel Z suxire a posibilidade de que haxa un sinal espacial ou temporal que permita a formación de filamentos de FtsZ. Actualmente, hai varios modelos e mecanismos que regulan a formación de aneis Z.
O sistema Min
A proteína FtsZ e as súas funcións e mecanismo relacionados interaccionan directamente cos tres compoñentes principais do sistema Min: MinC, MinD, e MinE. Un modelo de formación do anel Z permite a súa formación só despois de que se produce un certo sinal espacial que lle indica á célula que é grande dabondo como para dividirse. A polimerización da FtsZ está estreitamente ligada á familia de proteínas Min, que foron todas elas descubertas en mutantes de E. coli que non podían producir un septo correctamente situado. Hipotetízase que as proteínas Min, que deben impedir que o anel de FtsZ se sitúe preto da parte media da célula e da rexión do nucleoide, están implicadas no mecanismo regulador espacial que liga o incremento de tamaño previo á división celular coa polimerización de FtsZ no medio da célula.
Comunicación de estreses
A polimerización da FtsZ está tamén ligada a estresantes como os danos no ADN. Os danos no ADN inducen a produción de varias proteínas, unha das cales é SulA. A proteína SulA impide a polimerización e a actividade GTPase da FtsZ. A SulA realiza esta tarefa ao unirse a sitios de autorrecoñecemento da FtsZ. Ao secuestrar a FtsZ, a célula pode ligar directamente os danos no ADN coa inhibición da división celular.
Prevención de danos no ADN
Ademais do de SulA, hai outrros mecanismos que impiden unha división celular incorrecta que daría lugar a que se cedese ás células fillas unha información xenética alterada. Ata agora identificáronse en E. coli e B. subtilis dúas proteínas que impiden a división na rexión do nucleoide, chamadas Noc e SlmA. Os knockouts de xenes de Noc fan que a célula non se divida con respecto á rexión do nucleoide, o que dá lugar a unha división asimetrica entre as células fillas. O mecanismo non se comprende ben, pero pénsase que implica o secuestro da FtsZ, que impide a polimerización na rexión do nucleoide. Observouse que SlmA, igual que SulA, secuestran a FtsZ, impedindo a formación do anel Z polimerizado na rexión do nucleoide.
Notas
Véxase tamén Bibliografía
Categoría:Proteínas bacterianas Categoría:Citoesqueleto