이종 삼량체 막 단백질 복합체 FtsB의 구조

Nature Communications 14권, 기사 번호: 1903(2023) 이 기사 인용

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박테리아 세포 분열 중 세포벽 펩티도글리칸의 합성은 디비솜(divisome)이라고 불리는 다중 단백질 기계에 의해 매개됩니다. FtsB, FtsL 및 FtsQ(FtsBLQ)의 필수 막 단백질 복합체는 대장균의 이중소체 조립 캐스케이드의 핵심입니다. 이 복합체는 수축의 시작을 유발하는 FtsN과의 조정을 통해 FtsW-FtsI 복합체와 PBP1b의 트랜스글리코실화 및 트랜스펩티드화 활동을 조절합니다. 그러나 FtsBLQ 매개 규제의 기본 메커니즘은 거의 알려져 있지 않습니다. 여기에서는 기울어진 방향의 V자형 아키텍처를 나타내는 이종삼합체 FtsBLQ 복합체의 전체 길이 구조를 보고합니다. 이러한 형태는 FtsBL 이종이량체의 막횡단 및 코일형 코일 도메인뿐만 아니라 세 가지 단백질 모두를 포함하는 C-말단 상호작용 부위의 확장된 β-시트에 의해 강화될 수 있습니다. 이 삼량체 구조는 또한 알로스테릭 방식으로 다른 이분체 단백질과의 상호작용을 촉진할 수 있습니다. 이러한 결과로 우리는 FtsBLQ 복합체에 의한 펩티도글리칸 합성효소의 조절 메커니즘을 설명하는 구조 기반 모델을 제안하게 되었습니다.

박테리아 세포 분열은 잠재적인 항생제 표적1,2의 풍부한 소스를 보유하는 기본적인 과정입니다. 현 시대에는 박테리아의 항생제 내성 유병률이 증가함에 따라 새로운 메커니즘을 가진 항생제가 시급히 요구되고 있습니다. 따라서 세포 분열 과정의 활용은 흥미로운 방향이지만 그럼에도 불구하고 디비솜1,2이라고 불리는 다중 단백질 분열 기계의 구조적 정보가 부족하여 제한됩니다. 대장균(E. coli)의 경우, 이 복합체는 중간 세포의 분열 부위로 모집됩니다(그림 1a)3,4,5. 이 기계의 중심에 있는 핵심 복합체는 세 가지 유형 II 이중 막 단백질인 필라멘트 온도 민감성 단백질 B, L 및 Q(FtsB, FtsL, FtsQ)로 구성됩니다(그림 1b). 이 복합체는 염색체 분리 인자 FtsK에 의해 모집되며, 트랜스글리코실라제(TG) FtsW 및 트랜스펩티다제(TP) FtsI(또는 PBP3, 페니실린 결합)를 포함하는 펩티도글리칸(PG) 신타제 FtsW-FtsI(FtsWI) 복합체를 모집하는 역할을 합니다. 단백질 3)6,7. 그런 다음 FtsN은 이러한 모든 단백질의 조립 시 모집되어 중격 PG 합성을 활성화하고 세포 수축의 시작을 촉발합니다8,9.

a E. coli 의 didisome에 FtsBLQ 모집에 대한 개략도. Divisome 단백질은 원으로 표시됩니다: FtsB(파란색); FtsL(분홍색); FtsQ(노란색); FtsBLQ의 업스트림(검은색) 및 다운스트림(흰색) 단백질. 내부 및 외부 막과 주변세포질은 회색, 연한 파란색 및 주황색 층으로 표시됩니다. b 분할 부위의 주요 이분체 단백질 사이의 분자 관계에 대한 만화 모델: FtsBLQ(파란색, 분홍색 및 노란색), FtsK(TM 도메인만 표시됨, 밀), PBP1b(녹색), FtsW-FtsI(청록색 및 보라색) , FtsN(회색) 및 FtsA(주황색). 검은색 실선 화살표/선은 활성화/억제 규정을 나타냅니다. 화살표가 있는 점선은 채용을 나타냅니다. 내부 막(IM)은 회색 지질 이중층으로 그려지고, 펩티도글리칸(PG) 당은 육각형으로 그려집니다. c 반전된 "V" 모양의 FtsBLQ 복합체의 전체 구조는 FtsB(파란색), FtsL(분홍색) 및 FtsQ(노란색)를 1:1:1의 화학양론으로 표시하며 각 도메인에 그에 따라 레이블이 지정됩니다. 모든 보조 구조 요소는 순차적으로 번호가 매겨집니다. FtsB의 잔기 90-103을 포함하여 누락된 잔기; FtsL의 1-39; FtsQ의 1–21 및 259–276은 점선으로 그려집니다. d FtsB, FtsL 및 FtsQ의 도메인 구성은 컴플렉스 내에서 서로 관찰된 상호 작용을 나타내는 점선으로 구성됩니다. TM, 코일 코일, 상호 작용 사이트, N- 및 C- 말단, 각 구조 요소의 시작과 끝도 표시되어 있습니다. e FtsBL과 FtsQ의 주변세포질 부분 사이의 길이 차이는 (c)와 동일한 보기에 표시됩니다 - 왼쪽 또는 90° 회전 - 오른쪽. f (e)와 동일한 관점에서 멤브레인의 모든 TM 도메인에 맞는 기울어진 FtsBLQ 구조. c–f에서 새로운 FtsB-FtsQ 인터페이스는 주황색 별표로 강조 표시됩니다.