Organización bioquímica del proto-anillo de división bacteriano en sistemas mínimos de membrana- impacto del sistema mincde de selección del sitio de división

La division celular bacteriana en E. coli esta mediada por una maquinaria multiproteica (divisoma) cuyos componentes se ensamblan dinamicamente en el punto medio de la celula para formar el anillo de division, el cual desencadena la citocinesis bacteriana. El primer complejo macromolecular del divisoma es el proto-anillo constituido por tres proteinas, FtsZ, FtsA y ZipA, que se asocian a la membrana citoplasmatica formando la estructura de andamiaje a la que se incorporan el resto de las proteinas esenciales de division. El posicionamiento del anillo Z esta estrechamente regulado mediante el complejo de proteinas MinCDE, el cual oscila de polo a polo de la celula, bloqueando la polimerizacion de FtsZ en dichos polos. Con el fin de estudiar el papel intrinseco de FtsZ en la formacion de patrones dinamicos, hemos revisado la reconstitucion in vitro de la variante quimerica de FtsZ que se auto-ensambla a la membrana, FtsZ-YFP-mts, en membranas soportadas planas (SLBs). Nuestros resultados han demostrado que, bajo condiciones especificas, la formacion de vortices dinamicos es intrinseca a FtsZ y, por lo tanto, el anclaje de FtsZ a la membrana a traves de FtsA no es estrictamente necesario para la dinamica de auto-organizacion espacial de FtsZ. Ademas, la formacion de anillos dinamicos solo se ha observado dentro de un estrecho intervalo de concentracion de FtsZ en la bicapa, lo cual depende de la concentracion de magnesio libre y de la hidrolisis de GTP. La direccion de rotacion de dichos anillos puede invertirse al cambiar la posicion de la secuencia de anclaje a membrana del extremo C-terminal al N-terminal de la proteina. Esto implica que la secuencia de union a membrana de FtsZ debe tener un componente perpendicular tanto a la curvatura como a la polaridad del filamento de FtsZ. A su vez, se ha pretendido conocer como el sistema Min puede modular dinamicamente la red de polimeros de FtsZ en bicapas con ZipA integrada. Los resultados obtenidos han revelado que la formacion de patrones dinamicos del sistema Min modula la organizacion espacial de las redes de polimeros de FtsZ en entornos biomimeticos de membrana, revelando el acoplamiento anti-correlacionado entre los dos sistemas. La formacion de dichos patrones dinamicos requiere tanto el anclaje de los filamentos de FtsZ a la membrana a traves de ZipA como el reclutamiento a la membrana de MinC, responsable de inhibir la formacion del anillo Z. A su vez, el incremento de la densidad superficial de ZipA y la formacion de redes de polimeros de FtsZ en presencia de Ficoll 70 favorecen el acoplamiento entre las ondas de Min y las de FtsZ. Estos resultados demuestran el acoplamiento entre el sistema Min y los polimeros de FtsZ en sistemas minimos de membrana, dependiente del anclaje de FtsZ a traves de ZipA. Por ultimo, se analizo el efecto de la proteina FtsA en el acoplamiento entre los polimeros de FtsZ y el complejo MinCDE en SLBs. La optimizacion del protocolo de purificacion de FtsA, permitio obtener una proteina soluble y activa, que existe como una mezcla de monomeros y especies oligomericas, y que se une a los lipidos de membrana con una afinidad moderada. Los ensayos de auto-organizacion de FtsA-FtsZ en SLBs muestran que estas proteinas se auto-ensamblan originando vortices dinamicos y quirales. La reconstitucion de los complejos FtsZ-FtsA-MinCDE en SLBs permitio la deteccion mediante microscopia confocal de ondas MinCDE-FtsZ dinamicas que migran conjuntamente. Este resultado difiere del observado cuando FtsZ esta asociado a la membrana por ZipA, donde las ondas de los polimeros de FtsZ impulsadas por MinCDE se detectaron en anti-fase respecto a las del complejo Min. Estos hallazgos sugieren que la susceptibilidad de los polimeros de FtsZ a la regulacion espacial mediante el sistema Min, impulsada por el efecto de MinC, depende de la naturaleza del elemento del proto-anillo que ancla FtsZ a la membrana (FtsA o ZipA).