細菌の細胞分裂におけるFtsZ繊維化機構の解明

阐明细菌细胞分裂过程中的 FtsZ 颤动机制

基本信息

批准号：
21K06036
负责人：
松井崇
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kitasato University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、真正細菌の細胞分裂制御に関わるタンパク質であるFtsZを対象とする。そのなかでも、FtsZが有する重合・乖離機構や重合構造の湾曲化などの繊維化機構を分子動力学計算、X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡によるフィラメント構造の構造解析により、解明するものである。本研究を達成するために、当該年度ではまずはじめに、様々な菌株由来および核酸結合状態のモデル分子を構築し、分子動力学計算を用いてFtsZの構造安定性を評価した。これらの結果を比較解析したところ、各構造状態や菌株の違いによって構造の安定性や運動性に変化があることを捉えることに成功した。さらに、この変化に大きく寄与する残基を特定するために、変異分子の分子動力学計算も実施し、その領域を同定することができた。そこで、分子動力学計算から導かれたこれらの安定性等に関与する領域を変異させた複数の変異体を設計した。設計した変異体は大腸菌発現系を用いて大量発現し、多段階のクロマトグラフィーによって高純度に精製した。高純度変異体試料は結晶化し、得られた結晶のうち、いくつかの変異体結晶については、X線結晶構造を解析中である。これらと並行して、種々の物理化学的な解析により重合していることが推定できたFtsZ試料を負染色透過型電子顕微鏡およびクライオ電子顕微鏡で観測した。その結果、クライオ電子顕微鏡で繊維状構造を捉えることに成功しており、今後、これらの構造解析と菌株による比較解析によって、菌株による線維化機構の相違点を探る。

这项研究的重点是 FtsZ，一种参与控制真细菌细胞分裂的蛋白质。其中，我们将通过分子动力学计算、X射线晶体结构分析以及使用冷冻电子显微镜对长丝结构进行结构分析来阐明FtsZ的聚合/解离机制以及聚合物结构的曲率等纤维形成机制。 .为了完成这项研究，我们首先构建了来自各种细菌菌株和核酸结合状态的模型分子，并使用分子动力学计算评估了 FtsZ 的结构稳定性。这些结果的比较分析表明，结构稳定性和运动性根据结构状态和应变而变化。此外，为了识别对这种变化有显着贡献的残基，我们对突变分子进行了分子动力学计算，并能够识别该区域。因此，我们设计了多个突变体，其中涉及分子动力学计算的稳定性等的区域被突变。使用大肠杆菌表达系统大量表达设计的突变体，并使用多步色谱法纯化至高纯度。高纯度突变体样品已经结晶，目前正在分析部分获得的晶体的X射线晶体结构。同时，使用负染色透射电子显微镜和冷冻电子显微镜观察了通过各种物理化学分析预测会聚合的 FtsZ 样品。结果，他们成功地利用冷冻电镜捕获了纤维结构，未来，他们将通过对这些结构的结构分析和不同菌株的比较分析，研究不同菌株纤维化机制的差异。