侧向相互作用在决定FtsZ丝状体曲率时优先于核苷酸状态

细菌微管蛋白同源物FtsZ可组装成动态丝状结构，形成胞质分裂的Z环，并在细胞分裂过程中驱动收缩。核苷酸依赖性的FtsZ丝状结构弯曲是否在收缩中发挥作用一直存在广泛争议。在本研究中，我们结合冷冻电子显微镜和分子动力学模拟，以理解FtsZ丝状结构弯曲的结构基础。对GTP结合状态下螺原体FtsZ丝状结构两种弯曲状态的冷冻电镜结构分析强调，弯曲是FtsZ丝状结构的内在属性，从而证实了近期提出的模型，即在微管蛋白家族中，GTP水解并不决定原丝的弯折。与此一致，分子动力学模拟表明，GTP结合的丝状结构可以呈现一系列弯曲构象。其优选的内在曲率似乎表现为球状结构域的C端朝向凸面。 对这些弯曲构象的结构分析在原丝纵向界面上识别出动态区和静态区，这提示单体间界面的结构可塑性有助于丝状结构弯曲。此外，我们证明，相邻原丝之间的侧向相互作用会使丝状结构变直，从而压倒其松弛的弯曲状态。Z环组装中侧向相互作用的最佳取向，可能由分裂体机器中的其他相互作用蛋白所促成。较为平直的丝状构象很可能会促进更高的GTP酶活性。综上，我们的研究结果确立了侧向缔合作为FtsZ丝状结构保持平直的主要决定因素，这一点类似于微管晶格中的微管蛋白原丝。这些结构状态的快照为理解内在曲率如何促进膜上的缔合，以及FtsZ丝状结构在Z环组装与收缩过程中弯曲与平直构象之间转换的生理学意义，提供了机制基础。

细菌微管蛋白同源物FtsZ可组装成动态丝状结构，形成细胞分裂期的Z环，并在细胞分裂过程中驱动收缩。核苷酸依赖性的FtsZ丝状体曲率是否在收缩中发挥作用，长期以来一直存在争议。在本研究中，我们结合冷冻电子显微镜和分子动力学模拟，以理解FtsZ丝状体曲率的结构基础。对两种弯曲状态下GTP结合的螺原体FtsZ丝状体进行的冷冻电镜结构分析强调，曲率是FtsZ丝状体的内在属性，证实了近期的一些模型：在微管蛋白家族中，GTP水解并不决定原丝的弯曲。与此一致，分子动力学模拟表明，GTP结合的丝状体可以呈现一系列弯曲构象。其优选的内在曲率似乎表现为球状结构域的C末端朝向凸面。

对这些弯曲构象的结构分析鉴定出原丝纵向界面上的动态区域和静止区域，提示单体间界面的结构可塑性有助于丝状体弯曲。此外，我们证明，相邻原丝之间的侧向相互作用会使丝状体变直，从而覆盖其松弛的弯曲状态。Z环组装中侧向相互作用的最佳取向，可能由分裂体机器中的其他相互作用蛋白所促成。较为平直的丝状体构象很可能会促进更高的GTP酶活性。综上，我们的研究结果确立了侧向缔合作为决定FtsZ丝状体伸直的首要因素，这一点类似于微管晶格中微管蛋白原丝的情形。这些结构状态的快照为理解内在曲率如何促进其在膜上的结合，以及FtsZ丝状体在Z环组装与收缩过程中弯曲与伸直构象之间转变的生理意义，提供了机制基础。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.05.736574v1?rss=1

🏷️ FtsZ丝状体 细胞分裂 冷冻电镜 分子动力学模拟 侧向相互作用 丝状体曲率