Seminario de Microbiología

“Estructura y función de proteínas de la división celular”

David Salvador González PadillaProfesor Coordinador: Octavio Monasterio

Doctorado en CienciasPrograma Microbiología USACH/UCH

Descubrimiento Homólogos procariontes de proteínas citoesqueleto eucarionte

- Lutkenhaus 1980 - Matsuhashi 1988

•ACTINA

•TUBULINA

•FILAMENTOS INTERMEDIOS

•Funciones del citoesqueleto bacteriano

- Rigidez de las membranas

- Forma celular

- División celular

- Movimiento de estructuras subcelulares dentro de la célula

Proteínas citoesqueleto Eucarionte

•Tubulina: forma microtúbulos (filamentos rectos y huecos). Heterodímeros y .

Hidrolizan GTP. Tienen crecimiento polarizado (extremos +/-) . Son elementos

dinámicos.

-Huso mitótico, segregación de los cromosomas

-Transporte de vesículas

•Actina: forma filamentos helicoidales

Dos cadenas enrolladas. Hidroliza ATP, elemento dinámico (extremos +/-)

Movimiento pseudópodos

Tráfico vesicular

•Filamentos Intermedios: formados por proteinas coiled-coil extendidas.

Soporte mecánico para la célula. Sábanas rígidas

Mucho menos conservada que otros elementos citoesqueleto

•FtsZ: forma un anillo en el medio de la célula en división (Z ring)La localización de todas las proteínas del divisoma bacteriano es dependiente de FtsZEl gen ftsZ está presente en casi todas las bacterias y archeas conocidas, a excepcion de sulfolobusNo tiene el dominio C terminal de Tubulina

Tienen 2 dominios, unos de los cuales esta relacionado con actividad GTPasicaEl GTP se une entre los 2 dominiosEstabilizado por FtsA y ZipAInhibido pr MinCDE y SulA

•BtubA/B: solo ha sido descrita en el género Prostheobacter, división Verrumicrobia. BtubA/B copolimeriza en presencia de GTP formando un protofilamento de doble hélice. En P. dejongeii no se ha encontrado un gen equivalente a FtsZTiene el dominio C terminal de tubulina

Homólogos de TubulinaHomólogos de Tubulina

Esquema del Sistema MinCDE

Homólogos de ActinaHomólogos de Actina

•FtsA: interactúa con el extremo C terminal de FtsZ

•in vitro forma largos polímeros curvados en presencia de varios nucleótidos

di/trifosfato, pero generalmente une ATP, aunque la actividad ATPásica solo ha

sido descrita en B. subtilis.

El ensamblaje de los componentes tardíos del divisoma es, a su vez, dependiente de

la presencia de FtsA y existen evidencias genéticas sugieren que FtsA interactúa con

FtsI y que la localización en el anillo del divisoma de FtsK, FtsL, FtsN y FtsQ es

dependiente de su presencia

•MreB: En E. coli se ha descrito una sola proteína, en cambio en B. subtilis existen 2 o más proteínas relacionadas( MreBl - MreBH)

Se organizan en filamentos helicoidales bajo la superficie de la membrana plasmática. Cada filamento está formado por dos cadenas que interactúan lateralmente. La polimerización se produce tanto en presencia de ATP como GTP.

MreB no realiza una función esencial en el mantenimiento de la forma celular, ésta restringida por la pared celular de péptidoglicano (A22 droga)El operón mreB es parte de un cluster de genes involucrados en la síntesis de mureína, implicando una posible relación entre MreB y el exosqueleto de mureína.

Es posible que Mreb y sus homólogos regulen la forma de la célula al organizar las enzimas de biosíntesis de péptidoglicano en un patrón helicoidal que se extiende a lo largo del eje de la célula.

MreC y MreD actuarían como un puente entre MreB y la maquinaria de síntesis de la pared celular

Homólogos de ActinaHomólogos de Actina

Sistema ParM: implicado en la segregación de plásmidos de copia única

- Polimeriza formando filamentos de doble cadena helicoidal

- A diferencia de MreB no forma sábanas o atados in vitro

- La polimerización es dependiente de ATP

-El crecimiento del filamento se produce en ambos extremos

-ParR actúa como un puente entre el extremo de un filamento ParM y el DNA

plasmidial (iterones) donde se encuentra unida ParC

Homólogos de ActinaHomólogos de Actina

Esquema de sistema ParMRC

Crescentina: es responsable de la forma de “coma” de C. crescentus

- Tiene 25% de identidad de secuencia y 40% de similitud con las proteínas de

los filamentos intermedios de eucariontes.

- In vitro forma largos polímeros que no requieren la presencia de

nucleótidos u otros cofactores

- Se sugiere que actuaría de manera directa o indirecta en la mantención de la

forma de coma de C. crescentus al regular la localización de la maquinaria

biosintética de péptidoglicano

Homólogos procariontes de Filamentos intermedios Homólogos procariontes de Filamentos intermedios

Comparación estructural de las proteínas del citoesqueleto Comparación estructural de las proteínas del citoesqueleto eucarionte y procarionteeucarionte y procarionte

AntecedentesAntecedentes

•Se cree que tubulina y FtsZ evolucionaron a partir de un ancestro común.

•El secuenciamiento génico de P. dejongeii ha revelado a los genes btubA/B, los

cuales comparten más similitud de secuencia con los genes eucariontes tubulina

que el homólogo bacteriano de ésta, FtsZ .

•Se han reportado varios casos de estructuras similares a microtúbulos en bacterias, y

los mejores ejemplos han sido estudiado en bacterias perteneciente a la división

Verrucomicrobia.

ConclusionesConclusiones

•Al expresar BtubA/B de manera bicistrónica se observa que ambas proteínas

no forman un complejo fuerte, pudiendo ser purificadas por separado.

•BtubA/B polimeriza en presencia de Mg y GTP

•BtubA/B son monoméricas a bajas concentraciones (10 uM) y se asocian

formando dímeros a concentraciones más altas (50 uM)

•La polimerización solo ocurre cuando BtubA/B se encuentran presentes, y la

mejor relación es 1:1; lo que indica la formación de un heterodímero.

•La polimerización dependiente de GTP es reversible e inducible por GTP.

•Los filamentos producidos por BtubA/B no son microtúbulos. Probablemente

tienen una estructura conservada entre los protofilamentos de tubulina/FtsZ,

demostrada por la medida de 46 A° de longitud de la repetición (Tubulina 40 A° -

FtsZ 46 A°)

•La estructura cristalizada de BtubA/B es muy similar a la de tubulina, pues

mantiene la arquitectura de 3 dominios típicos:

N terminal, unión de nucleótidosN terminal, unión de nucleótidos

Dominio intermedio de activación de la hidrólisis de nucleótidosDominio intermedio de activación de la hidrólisis de nucleótidos

C terminal, ausente en FtsZC terminal, ausente en FtsZ

•Las diferencias estructurales entre BtubA/B y tubulina son pequeñas, ubicándose

principalmente en el loop T7 y el loop M.

•BtubA/B no necesita de chaperonas para plegarse

ConclusionesConclusiones

ConclusionesConclusiones¿Cómo se puede explicar la pequeña distancia evolutiva entre BtubA/B y tubulina?

•Una posibilidad es que BtubA/B y tubulina tengan ancestros comunes en el mismo

linaje, lo que implica que Prostheobacter es un organismo que “comparte”, al

menos, alguna parte de su genoma con organismos eucariontes. Aunque solo se

conoce el 90 % del genoma de Prostheobacter dejongeii otros genes claramente se

agrupan con organismos procariontes (16s RNA, MreB)

•La evidencia hallada en este trabajo sugiere que la cercana relación entre estas

proteínas se debe a una transferencia horizontal de genes , por sobre la idea de que

BtubA/B sea un intermediario entre tubulina y FtsZ. En algún punto uno o dos genes

de tubulina fueron transferidos a Prostheobacter donde fueron modificados para no

formar heterodímeros tan apretados y plegarse sin necesidad de chaperonas.