Цитоскелет прокаріот — це система ниткоподібних структур, що переважно є впорядкованими полімерами білків одного класу, наявна у клітинах бактерій та архей. Всі досліджені (на 2006 рік) білки цитоскелету бактерій здатні до самоорганізації у довгі філаменти in vitro.
Цитоскелет прокаріот був вперше відкритий на початку 1990 років, коли було встановлено, що майже всі бактерії та більшість архей містять білок FtsZ, який є гомологом тубуліну, і може полімеризуватись у філаменти, що утворюють кільце () під час клітинного поділу. Пізніше були виявлені і прокаріотичні гомологи актину. Ці відкриття змінили уявлення про те, що саме відсутність цитоскелету є найважливішою причиною менших розмірів і простішої організації прокаріот у порівнянні з еукаріотами. Натомість зараз допускається, що відносна простота бактерій та архей пов'язана з відсутністю білків-моторів (принаймні досі вони виявлені не були), що «ходять» вздовж філаментів цитоскелету і забезпечують транспорт різних структур, а також і локомоцію всієї клітини.
Наявність у прокаріот гомологів актину та тубуліну дозволяє припускати, що ці два класи нуклеотид-зв'язуючих білків, які можуть утворювати догві філаменти, виникли в процесі еволюції досить давно, ще до появи еукаріот. Проте, ядерні та безядерні організми по-різному їх використовують, наприклад у цитокінезі бактерій задіяний гомолог тубуліну FtsZ, тоді як в еукаріот цю функцію здійснюють актинові філаменти, у розходженні молекул ДНК під час поділу в бактерій навпаки беруть участь гомологи актину, а в еукаріот — мікротрубочки із тубуліну, що утворюють веретено поділу. Також у прокаріот був виявлений принаймні один клас білків, що можуть вважатись гомологами білків проміжних філаментів та один клас білків цитоскелету — АТФази типу Walker A (WACA — та ) що не мають відповідників в еукаріот.
Гомологи актину
У 2001 році Джонс (англ. Jones) та співробітники виявили, що у бактерії Bacillus subtilis наявні білки гомологи актину, які формують довгі спіральні структури. Це відкриття дало початок інтенсивному розвитку досліджень в галузі цитоскелету прокаріот, внаслідок чого було виявлено багато інших гомологів актину. Для всіх цих білків характерна наявність актинового АТФазного домену. Більшість з них, як і актин в еукаріот, є частиною цитоскелету, проте деякі мають інші функції, наприклад , що бере участь у клітинному поділі, шаперон та гексокінази. Гомологи актину бактерій мають схожу просторову будову, але переважно досить сильно відрізняються за амінокислотною послідовністю (5-10 % ідентичності). Також ці білки мають відмінні характеристики динаміки полімеризації та властивостей філаментів, які вони утворюють. Очевидно, що на відміну, від еукаріот, які використовують один і той самий актин для дуже різних потреб клітини, бактерії мають багато варіантів схожих білків, кожен із яких спеціалізований на виконанні окремої функції.
MreB та його гомологи
MreB (англ. murein cluster B) та його гомологи — білки поширені серед бактерій, що мають паличкоподібну або спіральну форми, і відсутні у коків. Деякі бактерії, наприклад Escherichia coli та Caulobacter crescentus, містять тільки ген білка MreB, тоді як інші, зокрема Bacillus subtilis, крім нього мають також гени його гомологів (англ. MreB-like) та (англ. MreB homolog). Ці білки забезпечують підтримання паличкоподібної форми клітини, її полярності, а також розходження копій бактерійної ДНК під час поділу.
Структура та динаміка філаментів MreB та його гомологів
In vivo білок MreB та його гомологи утворюють довгі спіральні філаменти розташовані вздовж бактерійної клітини, вони можуть об'єднуватись у міцні і досить гнучкі пучки. Такі філаменти є динамічними структурами, тривалість їх півжиття зазвичай не перевищує кількох хвилин. Окрім того у деяких видів, зокрема C.crescentus та філаменти MreB змінюють своє розташування впродовж клітинного циклу: під час поділу вони концентруються у центральній частині клітини і утворюють кільце. Проте, оскільки мутанти із делецією гену mreB не втрачають здатність до цитокінезу, очевидно білок MreB не є необхідним для цього процесу.
Як було показано в експериментах на білках бактерії мономерні одиниці MreB здатні до самоорганізації in vitro у довгі лінійні філаменти, які складаються з двох протофіламентів розташованих паралельно. Отже за будовою філаменти MreB відрізняються F-актину, утвореного двома ланцюгами спірально закрученими один навколо одного. Для полімеризації MreB необхідна наявність у середовищі АТФ, проте вона відбувається однаково успішно і в присутності ГТФ (на відміну від актину, який полімеризується лише за наявності АТФ). Це пов'язано з тим, що нові субодиниці включаються до складу полімеру тільки у формі зв'язаній з нуклеотидтрифосфатом, пізніше відбувається гідроліз зв'язаного АТФ чи ГТФ до АДФ чи ГДФ відповідно.
Функції MreB та його гомологів
Одною із основних функцій філаментів MreB та гомологічних білків є підтримання паличкоподібної або спіральної форми бактерійної клітини. Мутації, які порушуюють експресію цих білків, призводять до вираженої зміни форми бактерій (зазвичай, вони перетворюються в округлі клітини, або у випадку — у клітини неправильної форми). Проте філаменти MreB не слугують безпосередньо каркасом для підтримання форми клітини, натомість, розташовуючись по спіралі вздовж неї вони є сайтами для прикріплення ферментів, що синтезують пептидоглікан клітинної стінки. Таким чином вони регулюють характер відкладання нових елементів до оболонки бактерій, яка власне і є визначальним фактором у підтриманні сталої форми. Подібним чином мікротрубочки рослинної клітини впливають на її форму, направляючи включення молекул целюлози в клітинну стінку. У багатьох бактерій (зокрема і в E.coli та B.subtilis) ген mreB є частиною оперону, до складу якого входять також гени та . Цей оперон входить до великого кластеру генів, необхідних для біосинтезу пептидоглікану. Продукти генів mreC та mreD — це білки внутрішньої мембрани грам-негативних бактерій, вони взаємодіють із білком MreB і беруть участь в організації його комплексу із ферментами, задіяними в біосинтезі муреїну, такими як PBP2. Також до складу цього комплексу входять трансмембранні білки та .
Філаменти MreB також беруть участь у визначенні деяких аспектів полярності клітини, зокрема концентрації на одному або обидвох полюсах деяких білків, наприклад тих, що відповідають за хемотаксис, рухливість, секрецію та вірулентність.
Ще однією функцією MreB та його гомологів є участь у розходженні копій бактерійної хромосоми під час поділу. Серед мутантів, в яких цей білок відсутній, були виявлені клітини із кількома нуклеоїдами в цитоплазмі, а також і клітини, що не мали хромосом. Місцем прикріплення білків MreB до бактерійної ДНК є C, приєднання відбувається або безпосередньо або за участі інших білків. Під час поділу філаменти цитоскелету забезпечують розходження точок oriC двох копій ДНК до протилежних кінців клітини, механізм цього процесу наразі (2006 рік) не з'ясований. Також невідомо яким чином відбувається розходження хромосом у коків, в яких відсутній ген mreB та його гомологи.
Білок розділення плазмід ParM
Багато (~1-5 копій) плазмід бактерій мають спеціальні системи, що забезпечують їх розходження після реплікації. Ці механізми необхідні для того, щоб після поділу кожна з дочірних клітин отримала принаймні одну молекулу плазмідної ДНК. Відомо три типи систем, що забезпечують розходження малокопійних плазмід, у кожній з яких використовуються різні моторні білки (тип І — АТФази типу Walker A або -подібні білки, тип ІІ — гомологи тубуліну або -подібні білки, тип ІІІ — гомологи актину або -подібні білки). Білок ParM (від англ. partitioning motor) був вперше виявлений при дослідженні E.coli. Зараз ця система сегрегації плазмідної ДНК є найкраще вивченою. Схожа система була виявлена і в інших плазмідах, зокрема тих, що відповідають за поширення стійкості до багатьох препаратів (англ. multidrug resistance).
Структура і динаміка філаментів ParM
Як і всі елементи цитоскелету філаменти ParM складаються із мономерних білкових субодиниць. Ці субодиниці здатні до полімеризації in vitro у присутності АТФ або ГТФ. Утворені нитки складаються із двох протофіламентів, закручених один навколо одного (структура схожа до F-актину). У живих клітинах мономери ParM формують довгі нерозгалужені філаменти, які розміщуються вздовж осі бактерії. На відміну від актину та MreB і його аналогів ParM не утворює пучків.
Полімеризація та дисоціаця мономерів ParM залежить від приєднання та гідролізу АТФ. Нові субодиниці включаються до складу філаменту в АТФ-зв'язаній формі, при чому приєднання може відбуватись на обидвох кінцях філаменту. Одночасно із включенням нової ParM-АТФ субодиниці відбувається гідроліз АТФ в останній приєднаній білковій молекулі. Таким чином весь філамент складається із білків ParM-АДФ, і тільки на кінцях знаходяться ParM-АТФ субодиниці, які «кепують» всю структуру стабілізуючи її.
За відсутності відповідної плазміди полімеризація філаментів ParM триває поки вони не досягають певної критичної довжини. Після цього вони починають дуже швидко дисоціювати, при чому швидкість цього процесу приблизно у 100 разів перевищує таку для F-актину, тобто спостерігається так звана динамічна нестабільність, за якою ці елементи більше нагадують мікротрубочки еукаріот.
Принцип функціювання філаментів ParM
Ген parM входить до локусу par плазміди R1, крім нього тут також міститься ділянка parC (від англ. centromere), що відіграє роль аналогічну до центромери в хромосомах еукаріот, а також ген parR, продукт якого (від англ. repressor) приєднується до ділянки parC та здійснює ауторегуляцію транскрипції локуса par, а також слугує адаптером для приєднання білка ParM.
Після реплікації плазміди R1 до обидвох її копій у ділянці parC приєднується білок ParR. У такому стані він може зв'язувати та стабілізувати філаменти ParM, які постійно збираються і розбираються у цитоплазмі. Після цього полімерні нитки ParM починають видовжуватись, приєднуючи на кожному кінці нові мономери. Цей процес супроводжується гідролізом АТФ. Внаслідок видовження філаменту дві плазміди, що приєднані до його країв, розштовхуються в різні сторони аж поки не досягають полюсів клітини. Після цього відбувається дисоціація полімеру ParM.
Білок організації магнетосом MamK
Ще один прокароітичний гомолог актину бере участь в організації мембран магнетосом. Магнетосоми — це оточені мембраною органели бактерій родів Magnetospirillum та , які містять кристали магнетиту і допомагають бактерії орієнтуватись у геомагнітному полі. У клітині магнетосоми розташовані в ряд, внаслідок чого вони можуть функціювати як голка магніту. Таке розташування забезпечується філаментами білка MamK, до якого ці мембранні міхурці кріпляться.
Гомологи тубуліну
У більшості прокаріот також наявні гомологи еукаріотичного білка тубуліну, з якого складаються мікротрубочки. Найкраще вивченим із цих гомологів є блілок FtsZ, що бере участь у цитокінезі. Тубулін та FtsZ мають досить мало ідентичності в амінокислотній послідовності, є тільки домен, проте за просторовою структурою вони схожі між собою. Також в окремих представників бактерій та архей були виявлені інші гомологи тубуліну: наприклад білки , а також та , що кодуються плазмідними генами бактерій роду Bacillus.
FtsZ та Z-кільце
FtsZ FtsZ (англ. filamenting temperature-sensitive mutant Z) — один із перший виявлених у прокаріот білок цитоскелету. Він наявний у клітинах фактично всіх досліджених бактерій та архей, а також у еукаріотичних органелах, що походять від прокаріот, зокрема пластидах. Цей білок бере участь у формуванні , що забезпечує цитокінез під час поділу клітини. Крім FtsZ, у цьому процесі задіяна також велика кількість допоміжних білків, зокрема тих, що беруть участь у синтезі клітинної стінки бактерій.
Структура і динаміка філаментів FtsZ
Мономери FtsZ формують in vitro протофіламенти, що складаються із одного ряду цих білків. Протофіламенти не об'єднуються у структури схожі до мікротрубочок, хоча інколи і спостерігається формування пучків або листів. FtsZ полімеризується у активній ГТФ-зв'язаній формі, проте, на відміну від тубуліну, цей білок зазвичай не гідролізує ГТФ після включення його до складу протофіламенту. Таким чином, на відміну від протофіламентів мікротрубочок, які майже повністю складаються із ГДФ-тубуліну, і тільки на кінцях мають кепи із ГТФ-тубуліну, у протофіламентах FtsZ співвідношення ГТФ-зв'язаних субодиниць до ГДФ-зв'язаних становить 80:20.
За певних умов у протофіламентах FtsZ може відбуватись гідроліз ГТФ, у такому випадку їх форма переважно змінюється від прямої до зігнутої, і відбувається дестабілізація полімеру, внаслідок чого він може розпадатись на мономери. Протофіламенти FtsZ є динамічними структурами, вони постійно обмінюються субодиницями із пулом вільних мономерів.
Структура Z-кільця
Частина білка FtsZ у клітині бере участь у формуванні Z-кільця, тоді як решта перебуває у цитоплазмі у мономерній формі, або у формі коротких філаментів. Як було показано за допомогою флуоресцентної мікроскопії (із використанням мічених антитіл, або FtsZ злитого із GFP), Z-кільце добре помітне в центрі більшості клітин. Під час клітинного поділу воно скорочується, таким чином забезпечуючи цитокінез. Одночасно із зменшенням Z-кільця у материнській клітині, FtsZ починає полімеризуватись у центрі дочірніх клітин.
Z-кільце не складається із одного замкнутого у протофіламенту FtsZ, як показують численні дослідження, кількість мономерів FtsZ у Z-кільці достатня для того, щоб зробити приблизно 2,5 витків навколо внутрішнього діаметра клітини. Оскільки окремі протофіламенти FtsZ значно коротші за окружність клітини, була запропонована модель будови Z-кільця, згідно з якою воно складається із великої кількості коротких профіламентів, що перекриваються. Ця модель була підтверджена даними отриманими за допомогою . Проте існують також і альтернативні моделі будови Z-кільця, одна з яких передбачає, що протофіламенти FtsZ взаємодіють кінець до кінця і утворюють неперервну спіраль.
Для забезпечення цитокінезу Z-кільце повинне якимось чином кріпитись до плазматичної мембрани. Цю роль у більшості бактерій виконує білок білок та трансмембранний білок , цитоплазматичні домени яких кріпляться до FtsZ.
Моделі функціонування Z-кільця під час цитокінезу
Механізм, за яким відбувається скорочення Z-кільця під час цитокінезу досі залишається не з'ясованим. Існувало кілька гіпотез, що описували ця вище:
- Модель ковзання: так як, швидше за все, Z-кільце складається із протофіламентів, що можуть взаємодіяти латерально, за аналогією до актину і міозину еукаріот, припускається, що існує певний моторний білок, який може забезпечувати ковзання цих протофіламентів один відносно одного. По мірі цього процесу також відбувається деполімеризація FtsZ, таким чином Z-кільце вкорочується і тягне плазматичну мембрану за собою. Головним недоліком цієї моделі є те, що ніяких таких моторних білків не було знайдено у жодного із видів бактерій.
- «Каркасна» модель: протофіламенти FtsZ можуть відігравати пасивну роль у цитокінезі. Згідно із цією моделлю вони тільки залучають ферменти синтезу клітинної стінки, до місця, де має відбутись цитокінез. Нові шари пептидоглікану, що відкладаються, забезпечують вгиннання плазматичної мембрани, через що і відбувається скорочення Z-кільця. Ця модель не в змозі пояснити механізму цитокінезу у мікобактерій, зокрема Mycobacterium tuberculosis, у яких пептидоглікан взагалі відсутній у клітинній стінці.
- Модель «повторюваного стиснення» — найбільш визнана в цей час. Цей механізм не передбачає участі якихось білків-моторів, а говорить про те, що протофіламенти FtsZ самі можуть генерувати силу, необхідну для цитокінезу. Вважається, що філаменти у складі Z-кільця приєднуються до цитоплазматичної мембрани у ГТФ-зв'язаній формі, в такому випадку вони мають пряму конформацію. Згодом в них відбувається гідроліз ГТФ, що призводить до згинання філаменту. Коли це відбувається, мебмрана клітини, приєднана до філаменту білками FtsA або ZipA, дещо вгинається. Таке послідовне стиснення мембрани і призводить до цитокінезу. Тільки останні його етапи не можуть відбуватись за таким механізмом, і можливо, проходять без участі білка FtsZ.
Інші гомологи тубуліну
Секвенування геномів багатьох бактерій дозволило виявити деякі тубуліноподібні білки відмінні від FtsZ. Зокрема, у бактерії були знайдені два білки та (англ. Bacterial tubulin), які є гомологами відповідно α та β тубуліну. Під час полімеризації у присутності ГТФ вони утворюють гетеродимери, як і α та β тубулін. Наразі функція цих білків невідома.
Цікаво, що ці білки за амінокіслитною послідовністю значно ближчі до еукаріотичних тубулінів, ніж до їх прокаріотичного гомолога FtsZ. Вважається, що бактерія P. dejoneii отримала гени цих білків внаслідок горизонтального перенесення від еукаріот.
Інший клас гомологів тубуліну був виявлений у великих плазмідах бактерій роду Bacillus, зокрема:
- Білок Bacillus thuringiensis, що кодується генами плазиди pBtoxis;
- Білок закодований у плазміді pX01 Bacillus anthracis.
Обидва ці білки здатні утворювати довгі філаменти, внаслідок полімеризації у присутності ГТФ, і є необхідними для стабільного підтримання відповідної плазміди у клітині. Вони можуть брати участь у сегрегації копій плазмід, реплікації плазмід або в обох процесах.
Кресцентин — гомолог білків проміжних філаментів
Кресцентин — це білок проміжних філаментів, знайдений у бактерії Caulobacter crescentus та інших бактерій цього роду. Цей білок утворює довгу вигнуту ниткоподібну структуру, яка розміщуються вздовж внутрішнього краю комоподібної бактерії і забезпечує підтримання такої форми. За відсутності кресцентину бактерії стають плачкоподібними, але життєздатності не втрачають.. Кресцентин має 25 % ідентичності та 40 % гомологічності в амінокислотній послідовності із еукаріотичними білками проміжних філаментів, а також схожу організацію білкових доменів — зокрема наявність центрального домену подвійної спіралі (англ. coiled coil). Полімеризація мономерів кресцентину, як і у випадку еукаріотинчних білків проміжних філаментів, проходить без потреби у нуклеотидах. Цікаво, що для підтирмання форми C.crescentus крім кресцентину необхідний також гомолог актину MreB, за його відсутності клітини стають сферичними, незважаючи на присутність кресцентину.
Цитоскелетні АТФази типу Walker A
Окрім гомологів еукаріотичних актину, тубуліну та білків проміжних філаментів, у бактерій також виявлені компоненти цитоскелету, що не мають відповідників у клітинах ядерних. Зокрема такими є білки WACA (англ. Walker A cytoskeletal ATPase — цитоскелетні АТФази типу Walker A), що належать до функціонально різнорідної родини АТФаз, які мають у своїй структурі консервативний аномальний домен Walker A і димерезуються у присутності АТФ.
Білки WACA у АТФ-зв'язаній формі можуть утворювати полімери на певних поверхнях, наприклад на клітинній мембрані, і вважаються елементами цитоскелету. До цього класу належить білок , що бере участь у визначенні місця, в якому буде проходити цитокінез під час поділу, та білки , , а також та , які забезпечують розходження (сегрегацію) копій плазмід і бактерійної хромосоми. Не зважаючи на те, що вони мають різні функції, ці білки мають дуже схожу просторову будову і високий рівень гомології в . Всі WACA здатні до гідролізу АТФ, їхня каталітична активність регулюється шляхом взаємодії із активуючими білками: для MinD — це білок , а для ParA — ДНК-зв'язуючий білок . Також цю родину білків об'єднує те, що за всіма ними спостерігається динамічна поведінка in vivo: полімеризовані форми цих білків осцилюють між певними клітинними ділянками. Наприклад, MinD полімеризуються то на одному полюсі клітини, то на іншому, тривалість такого циклу становить приблизно 40-50 сек. Білки ParA та Soj осцилюють переважно між двома нуклеоїдами перед поділом, а часові інтервали «перестрибування» у них менш регулярні (від кількох хвилин до години).
Система MinCDE
Механізм осцилювання найкраще вивчений на прикладі , до складу якої входить WACA MinD. Ця система необхідна клітині для того, щоб точно розмістити в центральній частині для правильного проходження цитокінезу. До її складу входять три білки:
- MinC — інгібітор полімеризації FtsZ;
- MinD — цитоскелетний білок WACA, що полімеризується на цитоплазматичній мембрані;
- MinE — білок, що стимулює гідролітичну активність MinD.
В E.coli ця система функціонує наступним чином: після приєднання молекули АТФ MinD полімеризується на плазматичній мембрані, утворюючи спіралі. У такій активованій формі він зв'язує білок MinC, через що у цьому конкретному місці пригнічується утворення Z-кільця. Також MinD-АТФ може взаємодіяти із MinE, що стимулює гідроліз АТФ, після цього інактивований MinD від'єднується від мембрани і може дисоціювати в інше місце. Дисоціює він переважно на протилежний полюс клітини, де нема білка MinE, там починається полімеризація нового комплексу, яка триває до тих пір, поки не закінчиться деполімеризація старого. А коли вона починає підходити до кінця, то білок MinE вивільняється і починає «руйнувати» новоутворений комплекс MinD/MinC. Таким чином цей комплекс «скаче» від одного полюсу до іншого із періодичністю 40-50 хв, і не зачіпає тільки центральну ділянку, в якій і відбувається утворення Z-кільця, оскільки там її нічого не пригнічує.
Попри те, що MinD є дуже білком серед прокаріот, у різних видів він функціонує по-різному, наприклад у не відбувається осцилювання: MinD постійно приєднаний до клітинних полюсів за допомогою іншого білка DivIVA. Окрім того, бактерії мають «запасні» механізми просторового регулювання цитокінезу, які діють навіть за відсутності MinCDE, наприклад механізм «уникнення нуклеоїда»: формування Z-кільця пригнічується поблизу від нуклеоїда.
У деяких бактерій взагалі відсутня і система MinCDE і механізм «уникнення нуклеоїда», наприклад у місце проходження цитокінезу визначається за допомогою білка (що має схожість до ParA). Цей білок полімеризується поблизу і також пригнічує утворення Z-кільця.
Використані джерела
- Shih YL, Rothfield L (2006). The bacterial cytoskeleton. Microbiol Mol Biol Rev. 70: 729—54. doi:10.1128/MMBR.00017-06. PMID 16959967.
- Bi EF, Lutkenhaus J (1991). FtsZ ring structure associated with division in Escherichia coli. Nature. 354: 161—4. doi:10.1038/354161a0. PMID 1944597.
- Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2007). Molecular Biology of the Cell (вид. 5th). Garland Science. ISBN .
- Gitai Z (2005). The new bacterial cell biology: moving parts and subcellular architecture. Cell. 120: 577—86. doi:10.1016/j.cell.2005.02.026. PMID 15766522.
- Gerdes K (2009). RodZ, a new player in bacterial cell morphogenesis. The EMBO Journal. 28: 171—172. doi:10.1038/emboj.2008.287. PMID 19194484.
- Salje J, Gayathri P, Löwe J (2005). The ParMRC system: molecular mechanisms of plasmid segregation by actin-like filaments. Cell. 120: 577—86. doi:10.1016/j.cell.2005.02.026. PMID 15766522.
- Taoka A, Asada R, Wu LF, Fukumori Y (2007). Polymerization of the actin-like protein MamK, which is associated with magnetosomes. J Bacteriol. 189: 8737—40. doi:10.1128/JB.00899-07. PMID 17905974.
- Thanbichler M, Shapiro L (2008). Getting organized--how bacterial cells move proteins and DNA. Nat Rev Microbiol. 6: 28—40. doi:10.1038/nrmicro1795. PMID 18059290.
- Pogliano J. (2008). The bacterial cytoskeleton. Curr Opin Cell Biol. 20: 19—27. doi:10.1016/j.ceb.2007.12.006. PMID 18243677.
- Erickson HP, Anderson DE, Osawa M (2010). FtsZ in Bacterial Cytokinesis: Cytoskeleton and Force Generator All in One. Microbiol Mol Biol Rev. 74: 504—28. doi:10.1128/MMBR.00021-10. PMID 21119015.
- Li Z, Trimble MJ, Brun YV, Jensen GJ (2007). The structure of FtsZ filaments in vivo suggests a force-generating role in cell division. EMBO J. 26: 4694—708. doi:10.1038/sj.emboj.7601895. PMID 17948052.
- Michie KA, Löwe J (2006). Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton. Annu Rev Biochem. 75: 467—92. doi:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142452. PMID 16756499.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Citoskelet prokariot ce sistema nitkopodibnih struktur sho perevazhno ye vporyadkovanimi polimerami bilkiv odnogo klasu nayavna u klitinah bakterij ta arhej Vsi doslidzheni na 2006 rik bilki citoskeletu bakterij zdatni do samoorganizaciyi u dovgi filamenti in vitro Osnovni bilki prokariotichnogo citoskeletu yih funkciyi ta rozmishennya u klitini bakteriyi Caulobacter Citoskelet prokariot buv vpershe vidkritij na pochatku 1990 rokiv koli bulo vstanovleno sho majzhe vsi bakteriyi ta bilshist arhej mistyat bilok FtsZ yakij ye gomologom tubulinu i mozhe polimerizuvatis u filamenti sho utvoryuyut kilce pid chas klitinnogo podilu Piznishe buli viyavleni i prokariotichni gomologi aktinu Ci vidkrittya zminili uyavlennya pro te sho same vidsutnist citoskeletu ye najvazhlivishoyu prichinoyu menshih rozmiriv i prostishoyi organizaciyi prokariot u porivnyanni z eukariotami Natomist zaraz dopuskayetsya sho vidnosna prostota bakterij ta arhej pov yazana z vidsutnistyu bilkiv motoriv prinajmni dosi voni viyavleni ne buli sho hodyat vzdovzh filamentiv citoskeletu i zabezpechuyut transport riznih struktur a takozh i lokomociyu vsiyeyi klitini Nayavnist u prokariot gomologiv aktinu ta tubulinu dozvolyaye pripuskati sho ci dva klasi nukleotid zv yazuyuchih bilkiv yaki mozhut utvoryuvati dogvi filamenti vinikli v procesi evolyuciyi dosit davno she do poyavi eukariot Prote yaderni ta bezyaderni organizmi po riznomu yih vikoristovuyut napriklad u citokinezi bakterij zadiyanij gomolog tubulinu FtsZ todi yak v eukariot cyu funkciyu zdijsnyuyut aktinovi filamenti u rozhodzhenni molekul DNK pid chas podilu v bakterij navpaki berut uchast gomologi aktinu a v eukariot mikrotrubochki iz tubulinu sho utvoryuyut vereteno podilu Takozh u prokariot buv viyavlenij prinajmni odin klas bilkiv sho mozhut vvazhatis gomologami bilkiv promizhnih filamentiv ta odin klas bilkiv citoskeletu ATFazi tipu Walker A WACA ta sho ne mayut vidpovidnikiv v eukariot Gomologi aktinuU 2001 roci Dzhons angl Jones ta spivrobitniki viyavili sho u bakteriyi Bacillus subtilis nayavni bilki gomologi aktinu yaki formuyut dovgi spiralni strukturi Ce vidkrittya dalo pochatok intensivnomu rozvitku doslidzhen v galuzi citoskeletu prokariot vnaslidok chogo bulo viyavleno bagato inshih gomologiv aktinu Dlya vsih cih bilkiv harakterna nayavnist aktinovogo ATFaznogo domenu Bilshist z nih yak i aktin v eukariot ye chastinoyu citoskeletu prote deyaki mayut inshi funkciyi napriklad sho bere uchast u klitinnomu podili shaperon ta geksokinazi Gomologi aktinu bakterij mayut shozhu prostorovu budovu ale perevazhno dosit silno vidriznyayutsya za aminokislotnoyu poslidovnistyu 5 10 identichnosti Takozh ci bilki mayut vidminni harakteristiki dinamiki polimerizaciyi ta vlastivostej filamentiv yaki voni utvoryuyut Ochevidno sho na vidminu vid eukariot yaki vikoristovuyut odin i toj samij aktin dlya duzhe riznih potreb klitini bakteriyi mayut bagato variantiv shozhih bilkiv kozhen iz yakih specializovanij na vikonanni okremoyi funkciyi Eukariotichnij bilok citoskeletu G aktinProkariotichnij bilok citoskeletu MreBBilok sho bere uchast u rozhodzhenni plazmid v bakterij ParMProstorova struktura eukaroitichnogo aktinu ta jogo prokariotichnih gomologiv MreB ta vsi bilki perebuvayut v ADF zv yazanij formi MreB ta jogo gomologi MreB angl murein cluster B ta jogo gomologi bilki poshireni sered bakterij sho mayut palichkopodibnu abo spiralnu formi i vidsutni u kokiv Deyaki bakteriyi napriklad Escherichia coli ta Caulobacter crescentus mistyat tilki gen bilka MreB todi yak inshi zokrema Bacillus subtilis krim nogo mayut takozh geni jogo gomologiv angl MreB like ta angl MreB homolog Ci bilki zabezpechuyut pidtrimannya palichkopodibnoyi formi klitini yiyi polyarnosti a takozh rozhodzhennya kopij bakterijnoyi DNK pid chas podilu Struktura ta dinamika filamentiv MreB ta jogo gomologiv In vivo bilok MreB ta jogo gomologi utvoryuyut dovgi spiralni filamenti roztashovani vzdovzh bakterijnoyi klitini voni mozhut ob yednuvatis u micni i dosit gnuchki puchki Taki filamenti ye dinamichnimi strukturami trivalist yih pivzhittya zazvichaj ne perevishuye kilkoh hvilin Okrim togo u deyakih vidiv zokrema C crescentus ta inshi movi filamenti MreB zminyuyut svoye roztashuvannya vprodovzh klitinnogo ciklu pid chas podilu voni koncentruyutsya u centralnij chastini klitini i utvoryuyut kilce Prote oskilki mutanti iz deleciyeyu genu mreB ne vtrachayut zdatnist do citokinezu ochevidno bilok MreB ne ye neobhidnim dlya cogo procesu Yak bulo pokazano v eksperimentah na bilkah bakteriyi inshi movi monomerni odinici MreB zdatni do samoorganizaciyi in vitro u dovgi linijni filamenti yaki skladayutsya z dvoh protofilamentiv roztashovanih paralelno Otzhe za budovoyu filamenti MreB vidriznyayutsya F aktinu utvorenogo dvoma lancyugami spiralno zakruchenimi odin navkolo odnogo Dlya polimerizaciyi MreB neobhidna nayavnist u seredovishi ATF prote vona vidbuvayetsya odnakovo uspishno i v prisutnosti GTF na vidminu vid aktinu yakij polimerizuyetsya lishe za nayavnosti ATF Ce pov yazano z tim sho novi subodinici vklyuchayutsya do skladu polimeru tilki u formi zv yazanij z nukleotidtrifosfatom piznishe vidbuvayetsya gidroliz zv yazanogo ATF chi GTF do ADF chi GDF vidpovidno Funkciyi MreB ta jogo gomologiv Shematichne zobrazhennya roli filamentiv MreB citoskeletu bakterij dlya pidtrimannya palichkopodibnoyi formi klitini do cih filamentiv roztashovanih po spirali kriplyatsya fermenti sintezu peptidoglikanu klitinnoyi stinki a same PBP2 V utvorenni cogo kompleksu takozh berut uchast bilki utvoryuye spiralni filamenti u ta transmembranni bilki Odnoyu iz osnovnih funkcij filamentiv MreB ta gomologichnih bilkiv ye pidtrimannya palichkopodibnoyi abo spiralnoyi formi bakterijnoyi klitini Mutaciyi yaki porushuyuyut ekspresiyu cih bilkiv prizvodyat do virazhenoyi zmini formi bakterij zazvichaj voni peretvoryuyutsya v okrugli klitini abo u vipadku u klitini nepravilnoyi formi Prote filamenti MreB ne sluguyut bezposeredno karkasom dlya pidtrimannya formi klitini natomist roztashovuyuchis po spirali vzdovzh neyi voni ye sajtami dlya prikriplennya fermentiv sho sintezuyut peptidoglikan klitinnoyi stinki Takim chinom voni regulyuyut harakter vidkladannya novih elementiv do obolonki bakterij yaka vlasne i ye viznachalnim faktorom u pidtrimanni staloyi formi Podibnim chinom mikrotrubochki roslinnoyi klitini vplivayut na yiyi formu napravlyayuchi vklyuchennya molekul celyulozi v klitinnu stinku U bagatoh bakterij zokrema i v E coli ta B subtilis gen mreB ye chastinoyu operonu do skladu yakogo vhodyat takozh geni ta Cej operon vhodit do velikogo klasteru geniv neobhidnih dlya biosintezu peptidoglikanu Produkti geniv mreC ta mreD ce bilki vnutrishnoyi membrani gram negativnih bakterij voni vzayemodiyut iz bilkom MreB i berut uchast v organizaciyi jogo kompleksu iz fermentami zadiyanimi v biosintezi mureyinu takimi yak PBP2 Takozh do skladu cogo kompleksu vhodyat transmembranni bilki ta Filamenti MreB takozh berut uchast u viznachenni deyakih aspektiv polyarnosti klitini zokrema koncentraciyi na odnomu abo obidvoh polyusah deyakih bilkiv napriklad tih sho vidpovidayut za hemotaksis ruhlivist sekreciyu ta virulentnist She odniyeyu funkciyeyu MreB ta jogo gomologiv ye uchast u rozhodzhenni kopij bakterijnoyi hromosomi pid chas podilu Sered mutantiv v yakih cej bilok vidsutnij buli viyavleni klitini iz kilkoma nukleoyidami v citoplazmi a takozh i klitini sho ne mali hromosom Miscem prikriplennya bilkiv MreB do bakterijnoyi DNK ye C priyednannya vidbuvayetsya abo bezposeredno abo za uchasti inshih bilkiv Pid chas podilu filamenti citoskeletu zabezpechuyut rozhodzhennya tochok oriC dvoh kopij DNK do protilezhnih kinciv klitini mehanizm cogo procesu narazi 2006 rik ne z yasovanij Takozh nevidomo yakim chinom vidbuvayetsya rozhodzhennya hromosom u kokiv v yakih vidsutnij gen mreB ta jogo gomologi Bilok rozdilennya plazmid ParM Mehanizm rozhodzhennya kopij plazmidi sho zdijsnyuyetsya za uchasti filamentiv ParM Bagato 1 5 kopij plazmid bakterij mayut specialni sistemi sho zabezpechuyut yih rozhodzhennya pislya replikaciyi Ci mehanizmi neobhidni dlya togo shob pislya podilu kozhna z dochirnih klitin otrimala prinajmni odnu molekulu plazmidnoyi DNK Vidomo tri tipi sistem sho zabezpechuyut rozhodzhennya malokopijnih plazmid u kozhnij z yakih vikoristovuyutsya rizni motorni bilki tip I ATFazi tipu Walker A abo podibni bilki tip II gomologi tubulinu abo podibni bilki tip III gomologi aktinu abo podibni bilki Bilok ParM vid angl partitioning motor buv vpershe viyavlenij pri doslidzhenni E coli Zaraz cya sistema segregaciyi plazmidnoyi DNK ye najkrashe vivchenoyu Shozha sistema bula viyavlena i v inshih plazmidah zokrema tih sho vidpovidayut za poshirennya stijkosti do bagatoh preparativ angl multidrug resistance Struktura i dinamika filamentiv ParM Yak i vsi elementi citoskeletu filamenti ParM skladayutsya iz monomernih bilkovih subodinic Ci subodinici zdatni do polimerizaciyi in vitro u prisutnosti ATF abo GTF Utvoreni nitki skladayutsya iz dvoh protofilamentiv zakruchenih odin navkolo odnogo struktura shozha do F aktinu U zhivih klitinah monomeri ParM formuyut dovgi nerozgaluzheni filamenti yaki rozmishuyutsya vzdovzh osi bakteriyi Na vidminu vid aktinu ta MreB i jogo analogiv ParM ne utvoryuye puchkiv Polimerizaciya ta disociacya monomeriv ParM zalezhit vid priyednannya ta gidrolizu ATF Novi subodinici vklyuchayutsya do skladu filamentu v ATF zv yazanij formi pri chomu priyednannya mozhe vidbuvatis na obidvoh kincyah filamentu Odnochasno iz vklyuchennyam novoyi ParM ATF subodinici vidbuvayetsya gidroliz ATF v ostannij priyednanij bilkovij molekuli Takim chinom ves filament skladayetsya iz bilkiv ParM ADF i tilki na kincyah znahodyatsya ParM ATF subodinici yaki kepuyut vsyu strukturu stabilizuyuchi yiyi Za vidsutnosti vidpovidnoyi plazmidi polimerizaciya filamentiv ParM trivaye poki voni ne dosyagayut pevnoyi kritichnoyi dovzhini Pislya cogo voni pochinayut duzhe shvidko disociyuvati pri chomu shvidkist cogo procesu priblizno u 100 raziv perevishuye taku dlya F aktinu tobto sposterigayetsya tak zvana dinamichna nestabilnist za yakoyu ci elementi bilshe nagaduyut mikrotrubochki eukariot Princip funkciyuvannya filamentiv ParM Gen parM vhodit do lokusu par plazmidi R1 krim nogo tut takozh mistitsya dilyanka parC vid angl centromere sho vidigraye rol analogichnu do centromeri v hromosomah eukariot a takozh gen parR produkt yakogo vid angl repressor priyednuyetsya do dilyanki parC ta zdijsnyuye autoregulyaciyu transkripciyi lokusa par a takozh sluguye adapterom dlya priyednannya bilka ParM Pislya replikaciyi plazmidi R1 do obidvoh yiyi kopij u dilyanci parC priyednuyetsya bilok ParR U takomu stani vin mozhe zv yazuvati ta stabilizuvati filamenti ParM yaki postijno zbirayutsya i rozbirayutsya u citoplazmi Pislya cogo polimerni nitki ParM pochinayut vidovzhuvatis priyednuyuchi na kozhnomu kinci novi monomeri Cej proces suprovodzhuyetsya gidrolizom ATF Vnaslidok vidovzhennya filamentu dvi plazmidi sho priyednani do jogo krayiv rozshtovhuyutsya v rizni storoni azh poki ne dosyagayut polyusiv klitini Pislya cogo vidbuvayetsya disociaciya polimeru ParM Bilok organizaciyi magnetosom MamK She odin prokaroitichnij gomolog aktinu bere uchast v organizaciyi membran magnetosom Magnetosomi ce otocheni membranoyu organeli bakterij rodiv Magnetospirillum ta inshi movi yaki mistyat kristali magnetitu i dopomagayut bakteriyi oriyentuvatis u geomagnitnomu poli U klitini magnetosomi roztashovani v ryad vnaslidok chogo voni mozhut funkciyuvati yak golka magnitu Take roztashuvannya zabezpechuyetsya filamentami bilka MamK do yakogo ci membranni mihurci kriplyatsya Gomologi tubulinuU bilshosti prokariot takozh nayavni gomologi eukariotichnogo bilka tubulinu z yakogo skladayutsya mikrotrubochki Najkrashe vivchenim iz cih gomologiv ye blilok FtsZ sho bere uchast u citokinezi Tubulin ta FtsZ mayut dosit malo identichnosti v aminokislotnij poslidovnosti ye tilki inshi movi domen prote za prostorovoyu strukturoyu voni shozhi mizh soboyu Takozh v okremih predstavnikiv bakterij ta arhej buli viyavleni inshi gomologi tubulinu napriklad bilki a takozh ta sho koduyutsya plazmidnimi genami bakterij rodu Bacillus Eukariotichnij bilok citoskeletu tubulinProkariotichnij bilok citoskeletu FtsZProstorova struktura eukariotichnogo tubulinu ta jogo prokariotichnogo gomologa FtsZ bilki perebuvayut v GDF zv yazanij formi FtsZ ta Z kilce FtsZ FtsZ angl filamenting temperature sensitive mutant Z odin iz pershij viyavlenih u prokariot bilok citoskeletu Vin nayavnij u klitinah faktichno vsih doslidzhenih bakterij ta arhej a takozh u eukariotichnih organelah sho pohodyat vid prokariot zokrema plastidah Cej bilok bere uchast u formuvanni sho zabezpechuye citokinez pid chas podilu klitini Krim FtsZ u comu procesi zadiyana takozh velika kilkist dopomizhnih bilkiv zokrema tih sho berut uchast u sintezi klitinnoyi stinki bakterij Struktura i dinamika filamentiv FtsZ Monomeri FtsZ formuyut in vitro protofilamenti sho skladayutsya iz odnogo ryadu cih bilkiv Protofilamenti ne ob yednuyutsya u strukturi shozhi do mikrotrubochok hocha inkoli i sposterigayetsya formuvannya puchkiv abo listiv FtsZ polimerizuyetsya u aktivnij GTF zv yazanij formi prote na vidminu vid tubulinu cej bilok zazvichaj ne gidrolizuye GTF pislya vklyuchennya jogo do skladu protofilamentu Takim chinom na vidminu vid protofilamentiv mikrotrubochok yaki majzhe povnistyu skladayutsya iz GDF tubulinu i tilki na kincyah mayut kepi iz GTF tubulinu u protofilamentah FtsZ spivvidnoshennya GTF zv yazanih subodinic do GDF zv yazanih stanovit 80 20 Za pevnih umov u protofilamentah FtsZ mozhe vidbuvatis gidroliz GTF u takomu vipadku yih forma perevazhno zminyuyetsya vid pryamoyi do zignutoyi i vidbuvayetsya destabilizaciya polimeru vnaslidok chogo vin mozhe rozpadatis na monomeri Protofilamenti FtsZ ye dinamichnimi strukturami voni postijno obminyuyutsya subodinicyami iz pulom vilnih monomeriv Struktura Z kilcya Zliva Shema budovi ta jogo roli u zabezpechenni citokinezu bakterij Z kilce skladayetsya iz korotkih filamentiv bilka FtsZ sho perekrivayutsya mizh soboyu Sprava odna iz modelej funkciyuvannya Z kilcya za mehanizmom povtoryuvanogo stiskannya pryami protofilamenti FtsZ u GTF zv yazanij formi priyednuyutsya do plazmatichnoyi membrani za poserednictva bilka pislya cogo vidbuvayetsya gidroliz GTF protofilamenti perehodyat u vikrivlenu GDF zv yazanu formu i stiskayut membranu Chastina bilka FtsZ u klitini bere uchast u formuvanni Z kilcya todi yak reshta perebuvaye u citoplazmi u monomernij formi abo u formi korotkih filamentiv Yak bulo pokazano za dopomogoyu fluorescentnoyi mikroskopiyi iz vikoristannyam michenih antitil abo FtsZ zlitogo iz GFP Z kilce dobre pomitne v centri bilshosti klitin Pid chas klitinnogo podilu vono skorochuyetsya takim chinom zabezpechuyuchi citokinez Odnochasno iz zmenshennyam Z kilcya u materinskij klitini FtsZ pochinaye polimerizuvatis u centri dochirnih klitin Z kilce ne skladayetsya iz odnogo zamknutogo u protofilamentu FtsZ yak pokazuyut chislenni doslidzhennya kilkist monomeriv FtsZ u Z kilci dostatnya dlya togo shob zrobiti priblizno 2 5 vitkiv navkolo vnutrishnogo diametra klitini Oskilki okremi protofilamenti FtsZ znachno korotshi za okruzhnist klitini bula zaproponovana model budovi Z kilcya zgidno z yakoyu vono skladayetsya iz velikoyi kilkosti korotkih profilamentiv sho perekrivayutsya Cya model bula pidtverdzhena danimi otrimanimi za dopomogoyu Prote isnuyut takozh i alternativni modeli budovi Z kilcya odna z yakih peredbachaye sho protofilamenti FtsZ vzayemodiyut kinec do kincya i utvoryuyut neperervnu spiral Dlya zabezpechennya citokinezu Z kilce povinne yakimos chinom kripitis do plazmatichnoyi membrani Cyu rol u bilshosti bakterij vikonuye bilok bilok ta transmembrannij bilok citoplazmatichni domeni yakih kriplyatsya do FtsZ Modeli funkcionuvannya Z kilcya pid chas citokinezu Mehanizm za yakim vidbuvayetsya skorochennya Z kilcya pid chas citokinezu dosi zalishayetsya ne z yasovanim Isnuvalo kilka gipotez sho opisuvali cya vishe Model kovzannya tak yak shvidshe za vse Z kilce skladayetsya iz protofilamentiv sho mozhut vzayemodiyati lateralno za analogiyeyu do aktinu i miozinu eukariot pripuskayetsya sho isnuye pevnij motornij bilok yakij mozhe zabezpechuvati kovzannya cih protofilamentiv odin vidnosno odnogo Po miri cogo procesu takozh vidbuvayetsya depolimerizaciya FtsZ takim chinom Z kilce vkorochuyetsya i tyagne plazmatichnu membranu za soboyu Golovnim nedolikom ciyeyi modeli ye te sho niyakih takih motornih bilkiv ne bulo znajdeno u zhodnogo iz vidiv bakterij Karkasna model protofilamenti FtsZ mozhut vidigravati pasivnu rol u citokinezi Zgidno iz ciyeyu modellyu voni tilki zaluchayut fermenti sintezu klitinnoyi stinki do miscya de maye vidbutis citokinez Novi shari peptidoglikanu sho vidkladayutsya zabezpechuyut vginnannya plazmatichnoyi membrani cherez sho i vidbuvayetsya skorochennya Z kilcya Cya model ne v zmozi poyasniti mehanizmu citokinezu u mikobakterij zokrema Mycobacterium tuberculosis u yakih peptidoglikan vzagali vidsutnij u klitinnij stinci Model povtoryuvanogo stisnennya najbilsh viznana v cej chas Cej mehanizm ne peredbachaye uchasti yakihos bilkiv motoriv a govorit pro te sho protofilamenti FtsZ sami mozhut generuvati silu neobhidnu dlya citokinezu Vvazhayetsya sho filamenti u skladi Z kilcya priyednuyutsya do citoplazmatichnoyi membrani u GTF zv yazanij formi v takomu vipadku voni mayut pryamu konformaciyu Zgodom v nih vidbuvayetsya gidroliz GTF sho prizvodit do zginannya filamentu Koli ce vidbuvayetsya mebmrana klitini priyednana do filamentu bilkami FtsA abo ZipA desho vginayetsya Take poslidovne stisnennya membrani i prizvodit do citokinezu Tilki ostanni jogo etapi ne mozhut vidbuvatis za takim mehanizmom i mozhlivo prohodyat bez uchasti bilka FtsZ Inshi gomologi tubulinu Sekvenuvannya genomiv bagatoh bakterij dozvolilo viyaviti deyaki tubulinopodibni bilki vidminni vid FtsZ Zokrema u bakteriyi buli znajdeni dva bilki ta angl Bacterial tubulin yaki ye gomologami vidpovidno a ta b tubulinu Pid chas polimerizaciyi u prisutnosti GTF voni utvoryuyut geterodimeri yak i a ta b tubulin Narazi funkciya cih bilkiv nevidoma Cikavo sho ci bilki za aminokislitnoyu poslidovnistyu znachno blizhchi do eukariotichnih tubuliniv nizh do yih prokariotichnogo gomologa FtsZ Vvazhayetsya sho bakteriya P dejoneii otrimala geni cih bilkiv vnaslidok gorizontalnogo perenesennya vid eukariot Inshij klas gomologiv tubulinu buv viyavlenij u velikih plazmidah bakterij rodu Bacillus zokrema Bilok Bacillus thuringiensis sho koduyetsya genami plazidi pBtoxis Bilok zakodovanij u plazmidi pX01 Bacillus anthracis Obidva ci bilki zdatni utvoryuvati dovgi filamenti vnaslidok polimerizaciyi u prisutnosti GTF i ye neobhidnimi dlya stabilnogo pidtrimannya vidpovidnoyi plazmidi u klitini Voni mozhut brati uchast u segregaciyi kopij plazmid replikaciyi plazmid abo v oboh procesah Krescentin gomolog bilkiv promizhnih filamentivKrescentin ce bilok promizhnih filamentiv znajdenij u bakteriyi Caulobacter crescentus ta inshih bakterij cogo rodu Cej bilok utvoryuye dovgu vignutu nitkopodibnu strukturu yaka rozmishuyutsya vzdovzh vnutrishnogo krayu komopodibnoyi bakteriyi i zabezpechuye pidtrimannya takoyi formi Za vidsutnosti krescentinu bakteriyi stayut plachkopodibnimi ale zhittyezdatnosti ne vtrachayut Krescentin maye 25 identichnosti ta 40 gomologichnosti v aminokislotnij poslidovnosti iz eukariotichnimi bilkami promizhnih filamentiv a takozh shozhu organizaciyu bilkovih domeniv zokrema nayavnist centralnogo domenu podvijnoyi spirali angl coiled coil Polimerizaciya monomeriv krescentinu yak i u vipadku eukariotinchnih bilkiv promizhnih filamentiv prohodit bez potrebi u nukleotidah Cikavo sho dlya pidtirmannya formi C crescentus krim krescentinu neobhidnij takozh gomolog aktinu MreB za jogo vidsutnosti klitini stayut sferichnimi nezvazhayuchi na prisutnist krescentinu Citoskeletni ATFazi tipu Walker AOkrim gomologiv eukariotichnih aktinu tubulinu ta bilkiv promizhnih filamentiv u bakterij takozh viyavleni komponenti citoskeletu sho ne mayut vidpovidnikiv u klitinah yadernih Zokrema takimi ye bilki WACA angl Walker A cytoskeletal ATPase citoskeletni ATFazi tipu Walker A sho nalezhat do funkcionalno riznoridnoyi rodini ATFaz yaki mayut u svoyij strukturi konservativnij anomalnij domen Walker A i dimerezuyutsya u prisutnosti ATF Bilki WACA u ATF zv yazanij formi mozhut utvoryuvati polimeri na pevnih poverhnyah napriklad na klitinnij membrani i vvazhayutsya elementami citoskeletu Do cogo klasu nalezhit bilok sho bere uchast u viznachenni miscya v yakomu bude prohoditi citokinez pid chas podilu ta bilki a takozh ta yaki zabezpechuyut rozhodzhennya segregaciyu kopij plazmid i bakterijnoyi hromosomi Ne zvazhayuchi na te sho voni mayut rizni funkciyi ci bilki mayut duzhe shozhu prostorovu budovu i visokij riven gomologiyi v Vsi WACA zdatni do gidrolizu ATF yihnya katalitichna aktivnist regulyuyetsya shlyahom vzayemodiyi iz aktivuyuchimi bilkami dlya MinD ce bilok a dlya ParA DNK zv yazuyuchij bilok Takozh cyu rodinu bilkiv ob yednuye te sho za vsima nimi sposterigayetsya dinamichna povedinka in vivo polimerizovani formi cih bilkiv oscilyuyut mizh pevnimi klitinnimi dilyankami Napriklad MinD polimerizuyutsya to na odnomu polyusi klitini to na inshomu trivalist takogo ciklu stanovit priblizno 40 50 sek Bilki ParA ta Soj oscilyuyut perevazhno mizh dvoma nukleoyidami pered podilom a chasovi intervali perestribuvannya u nih mensh regulyarni vid kilkoh hvilin do godini Sistema MinCDE Shema oscilyuvannya sistemi MinCDE Mehanizm oscilyuvannya najkrashe vivchenij na prikladi do skladu yakoyi vhodit WACA MinD Cya sistema neobhidna klitini dlya togo shob tochno rozmistiti v centralnij chastini dlya pravilnogo prohodzhennya citokinezu Do yiyi skladu vhodyat tri bilki MinC ingibitor polimerizaciyi FtsZ MinD citoskeletnij bilok WACA sho polimerizuyetsya na citoplazmatichnij membrani MinE bilok sho stimulyuye gidrolitichnu aktivnist MinD V E coli cya sistema funkcionuye nastupnim chinom pislya priyednannya molekuli ATF MinD polimerizuyetsya na plazmatichnij membrani utvoryuyuchi spirali U takij aktivovanij formi vin zv yazuye bilok MinC cherez sho u comu konkretnomu misci prignichuyetsya utvorennya Z kilcya Takozh MinD ATF mozhe vzayemodiyati iz MinE sho stimulyuye gidroliz ATF pislya cogo inaktivovanij MinD vid yednuyetsya vid membrani i mozhe disociyuvati v inshe misce Disociyuye vin perevazhno na protilezhnij polyus klitini de nema bilka MinE tam pochinayetsya polimerizaciya novogo kompleksu yaka trivaye do tih pir poki ne zakinchitsya depolimerizaciya starogo A koli vona pochinaye pidhoditi do kincya to bilok MinE vivilnyayetsya i pochinaye rujnuvati novoutvorenij kompleks MinD MinC Takim chinom cej kompleks skache vid odnogo polyusu do inshogo iz periodichnistyu 40 50 hv i ne zachipaye tilki centralnu dilyanku v yakij i vidbuvayetsya utvorennya Z kilcya oskilki tam yiyi nichogo ne prignichuye Popri te sho MinD ye duzhe bilkom sered prokariot u riznih vidiv vin funkcionuye po riznomu napriklad u ne vidbuvayetsya oscilyuvannya MinD postijno priyednanij do klitinnih polyusiv za dopomogoyu inshogo bilka DivIVA Okrim togo bakteriyi mayut zapasni mehanizmi prostorovogo regulyuvannya citokinezu yaki diyut navit za vidsutnosti MinCDE napriklad mehanizm uniknennya nukleoyida formuvannya Z kilcya prignichuyetsya poblizu vid nukleoyida U deyakih bakterij vzagali vidsutnya i sistema MinCDE i mehanizm uniknennya nukleoyida napriklad u misce prohodzhennya citokinezu viznachayetsya za dopomogoyu bilka sho maye shozhist do ParA Cej bilok polimerizuyetsya poblizu i takozh prignichuye utvorennya Z kilcya Vikoristani dzherelaShih YL Rothfield L 2006 The bacterial cytoskeleton Microbiol Mol Biol Rev 70 729 54 doi 10 1128 MMBR 00017 06 PMID 16959967 Bi EF Lutkenhaus J 1991 FtsZ ring structure associated with division in Escherichia coli Nature 354 161 4 doi 10 1038 354161a0 PMID 1944597 Alberts B Johnson A Lewis J Raff M Roberts K Walter P 2007 Molecular Biology of the Cell vid 5th Garland Science ISBN 978 0 8153 4105 5 Gitai Z 2005 The new bacterial cell biology moving parts and subcellular architecture Cell 120 577 86 doi 10 1016 j cell 2005 02 026 PMID 15766522 Gerdes K 2009 RodZ a new player in bacterial cell morphogenesis The EMBO Journal 28 171 172 doi 10 1038 emboj 2008 287 PMID 19194484 Salje J Gayathri P Lowe J 2005 The ParMRC system molecular mechanisms of plasmid segregation by actin like filaments Cell 120 577 86 doi 10 1016 j cell 2005 02 026 PMID 15766522 Taoka A Asada R Wu LF Fukumori Y 2007 Polymerization of the actin like protein MamK which is associated with magnetosomes J Bacteriol 189 8737 40 doi 10 1128 JB 00899 07 PMID 17905974 Thanbichler M Shapiro L 2008 Getting organized how bacterial cells move proteins and DNA Nat Rev Microbiol 6 28 40 doi 10 1038 nrmicro1795 PMID 18059290 Pogliano J 2008 The bacterial cytoskeleton Curr Opin Cell Biol 20 19 27 doi 10 1016 j ceb 2007 12 006 PMID 18243677 Erickson HP Anderson DE Osawa M 2010 FtsZ in Bacterial Cytokinesis Cytoskeleton and Force Generator All in One Microbiol Mol Biol Rev 74 504 28 doi 10 1128 MMBR 00021 10 PMID 21119015 Li Z Trimble MJ Brun YV Jensen GJ 2007 The structure of FtsZ filaments in vivo suggests a force generating role in cell division EMBO J 26 4694 708 doi 10 1038 sj emboj 7601895 PMID 17948052 Michie KA Lowe J 2006 Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton Annu Rev Biochem 75 467 92 doi 10 1146 annurev biochem 75 103004 142452 PMID 16756499