Plegamiento y ensamblaje de la proteina de división celular FtsZ de Methanococcus jannaschii.

Abstract

Los resultados obtenidos en este trabajo, considerados en el contexto del conocimiento existente sobre FtsZ, han llevado a las siguientes conclusiones. Sobre el plegamiento y la estabilidad de FtsZ 1.- La cadena polipeptídica de FtsZ Methanococcus jannaschii (FtsZMj) es capaz de plegar por si misma sin la ayuda de ninguna chaperona o cofactor (incluido el nucleótido) para adquirir su conformación nativa y funcional, a diferencia de lo observado con tubulina. 2.- Pequeñas modificaciones en la estructura química de FtsZMj como la mutación puntual W319Y, la adición de una cola de histidinas en su extremo C-terminal, o ambas modificaciones juntas, no inducen cambios en la estabilidad o la capacidad de plegar in vitro de la proteína. 3.- Las proteínas quiméricas, que incluyen los bucles T7, M y/o N, característicos de tubulina, sobre el núcleo común de las estructuras de FtsZ y tubulina, presentan cambios en la estabilidad de estas proteínas. El incremento en el número de inserciones acumuladas en FtsZ, influye en la adquisición de características del plegamiento y de estabilidad propias de tubulina.

Sobre el ensamblaje y la actividad GTPasa 4.- FtsZMj, al igual que FtsZ de otras especies, presenta un ensamblaje dinámico dependiente de GTP y Mg2+, en el que la estabilidad de los polímeros formados depende de la hidrólisis del nucleótido.5.- El ensamblaje de FtsZMj es cooperativo. La GTPasa se activa a partir de una concentración crítica de formación de los polímeros. 6.- La estabilidad de los polímeros de FtsZMj depende de la proporción de GDP/GTP en solución. La acumulación de GDP conduce al desensamblaje de los polímeros. 7.- La dinamicidad de los polímeros de FtsZMj se puede bloquear inhibiendo la hidrólisis del nucleótido. Este bloqueo se ha conseguido alterando la interfase longitudinal de contacto entre subunidades (mutación W319Y), y sustituyendo K+ por Na+ (cationes implicados en la modulación de la hidrólisis) en el tampón de ensamblaje. 8.- La mutación puntual W319Y o la cola de histidinas, inducen grandes cambios en las características funcionales de la proteína. La mutación W319Y, que inhibe la actividad GTPasa, diminuye la capacidad de la proteína de polimerizar. La cola de histidinas actúa favoreciendo artificialmente el ensamblaje de polímeros ordenados. Las dos modificaciones juntas generan un ensamblaje estable que da lugar a la formación de cristales bidimensionales.

Sobre la estructura de los polímeros de FtsZ 9.- Aunque el ensamblaje de FtsZ es polimórfico, es este trabajo se muestra, bajo condiciones bioquímicamente controladas, que la estructura básica en la polimerización de FtsZ es un filamento doble, constituidos por dos protofilamentos que discurren paralelamente y que son similares a los de tubulina, pero la asociación lateral entre ellos es diferente a la de los microtúbulos. Este filamento puede dar lugar a la formación de polímeros diferentes a través de distintas asociaciones laterales.10.- La inserción de bucles de tubulina, implicados en la formación de contactos laterales en el ensamblaje de microtúbulos, sobre el núcleo común FtsZ/tubulina, induce nuevas propiedades en el ensamblaje de FtsZ. Se forman polímeros cuya estructura es compatible con distorsiones en los contactos laterales entre protofilamentos. 11.- La estructura cristalográfica de los protofilamentos muestra que FtsZ forma el mismo protofilamento que tubulina, en el que los contactos axiales que se forman entre monómeros consecutivos en el protofilamento son similares.

Sobre la hidrólisis de GTP y el cambio conformacional que induce el desensamblaje 12.- La estructura del sitio activo de FtsZ, constituido por la interfase entre dos monómeros consecutivos en el protofilamento, confirma el papel de los residuos Asp235 y Asp238 en la hidrólisis del nucleótido. También permite señalar el papel de la Arg169 para estabilizar el estado de transición tras la hidrólisis del nucleótido. 13.- El sitio de unión de nucleótido es accesible en el polímero. Podría haber intercambio de nucleótido sin necesidad de un paso previo de desensamblaje, a diferencia de los microtúbulos. 14.- No existen diferencia estructurales significativas de FtsZ monoméricas con GTP, GDP o sin nucleótido unido. Sin embargo la inmersión de los cristales que contienen los protofilamentos de apo-FtsZ en una solución con GDP, provocó su disolución, probablemente debido a la incompatibilidad del cambio inducido con el empaquetamiento del cristal. Para observar este cambio conformacional inducido por la hidrólisis del nucleótido parece ser necesario estudiar el sitio de unión de nucleótido completo (incluyendo la interfase entre dos monómeros), en lugar del sitio de unión de nucleótido en monómero.