Structure and Assembly Dynamics of FtsZ

FtsZ 的结构和装配动力学

基本信息

  • 批准号:
    8697233
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-07-01 至 2018-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The tubulin homolog FtsZ is the major cytoskeletal protein in bacterial cytokinesis. Our recent work has shown that FtsZ can reconstitute Z rings in liposomes, and these can generate a constriction force without any other proteins. FtsZ thus acts as cytoskeleton and motor all in one. Our work suggests that the constriction force is generated by a curved conformation of the FtsZ protofilaments (pfs) bending the membrane. We now propose to address three of the most important and immediate questions. (1) What is the structure of the Z ring in bacteria? There are two competing models. The "ribbon" model proposes that pfs are laterally associated to make a ribbon, and the "scattered" model proposes that the pfs are more widely scattered on the membrane and not in contact. We propose three imaging techniques to resolve this controversy: super-resolution light microscopy and two newly-developed EM probes. Resolving these models is essential to explore the physics of the constriction force. (2) What is the mechanism of pf dynamics? We have shown that FtsZ pfs are rapidly exchanging subunits, with a half time of 5-10 s. The mechanism could involve dynamic instability, treadmilling or fragmentation/annealing. We propose to image single pfs by super-resolution light microscopy and by cryo and negative stain EM to resolve the mechanism. (3) What is the structure of curved pfs? We have strong evidence that the constriction force is generated by pfs adopting a curved conformation that exerts a bending force on the membrane. However, there are structural contradictions that need to be resolved, especially regarding the orientation - is the C terminus on the inside or the outside of the curvature? To determine this orientation, we propose to develop FtsZ subunits with a large C-terminal tag visible by EM. Importantly, we now know that there are two curved conformations, the highly curved miniring, which is an analog of tubulin rings, and an intermediate curved form. We suspect these may have opposite orientations, and our tagged FtsZ should resolve this.
描述(由申请人提供):微管蛋白同源性FTSZ是细菌细胞因子的主要细胞骨架蛋白。我们最近的工作表明,FTSZ可以重建脂质体中的Z环,并且这些可以在没有任何其他蛋白质的情况下产生收缩力。 FTSZ因此充当细胞骨架和运动。我们的工作表明,狭窄力是由FTSZ原丝(PFS)弯曲膜的弯曲构象所产生的。现在,我们建议解决三个最重要和最直接的问题。 (1)细菌中Z环的结构是什么?有两个竞争模型。 “功能区”模型提出PFS在横向相关的是制作色带,并且“散射”模型提出PFS更广泛地散布在膜上而不是接触。我们提出了三种成像技术来解决这一争议:超分辨率光学显微镜和两个新开发的EM探针。解决这些模型对于探索收缩力的物理学至关重要。 (2)PF动力学的机制是什么?我们已经表明,FTSZ PFS正在迅速交换亚基,半个时间为5-10 s。该机制可能涉及动态不稳定性,踏板或破碎/退火。我们建议通过超分辨率的光学显微镜以及低温和负污渍EM来对单个PF进行成像,以解决该机制。 (3)曲面PFS的结构是什么?我们有强有力的证据表明,通过PFS采用弯曲构象产生狭窄力,从而在膜上施加弯曲力。但是,有一些结构性矛盾需要解决,尤其是在方向上 - c末端是曲率的内部还是外部?为了确定这种取向,我们建议开发具有EM可见的大C端标签的FTSZ亚基。重要的是,我们现在知道有两个弯曲的构象,高度弯曲的微型,这是微管蛋白环的类似物和一种中间弯曲形式。我们怀疑这些可能具有相反的方向,我们标记的FTSZ应该解决此问题。

项目成果

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