遗传筛选揭示细菌肌动蛋白样蛋白 MreB 的聚合循环|||北京沫之东生物技术有限公司

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MreB 是一种细菌肌动蛋白同源物，在大多数杆状细菌中负责组织细胞壁合成。尽管经过数十年的研究，MreB 通过何种机制组装成与膜相关的丝状结构仍未得到阐明。尤其是，在 MreB 聚合循环过程中，ATP 结合、ATP 水解以及膜结合如何实现协调，始终尚不清楚。在本研究中，我们将遗传学方法与对纯化 MreB 变体的系统性生物化学表征相结合，以解析控制 MreB 组装循环的关键分子步骤。对枯草芽孢杆菌的遗传筛选鉴定出控制丝状体组装和膜结合的关键必需残基。对来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的纯化同源 MreB 变体进行系统性生物化学分析表明，单体—单体相互作用对于 ATP 水解和高亲和力膜结合都是必需的，而 ATP 结合本身即足以促进聚合，ATP 水解则并非必需。相反，ATP 水解会削弱 MreB 聚合体的稳定性，从而促进丝状体周转。综合来看，这些结果支持这样一种模型：ATP 结合诱导一个早期成核步骤，从而提高膜亲和力；膜结合促进丝状体组装；随后 ATP 水解通过驱动聚合体解聚与周转来完成整个循环。这些发现为理解 MreB 聚合动力学如何调控细菌细胞壁生长在空间和时间上的组织提供了机制性基础。

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摘要

MreB 是一种细菌肌动蛋白同源物，在大多数杆状细菌中负责组织细胞壁合成。尽管经过数十年的研究，其通过何种机制组装成与膜相关的丝状结构仍未得到阐明。尤其是，在 MreB 聚合循环过程中，ATP 结合、ATP 水解与膜结合如何协同协调，始终尚不清楚。在本研究中，我们将遗传学方法与对纯化 MreB 变体进行的系统生化表征相结合，以解析控制 MreB 组装循环的关键分子步骤。对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）进行的遗传筛选鉴定出调控丝状结构组装和膜结合的关键残基。对来源于嗜热脂肪芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）的同源纯化 MreB 变体进行系统生化分析表明，单体-单体相互作用既是 ATP 水解所必需的，也是实现高亲和力膜结合所必需的；而 ATP 结合本身即足以促进聚合，ATP 水解则并非促进聚合所必需。相反，ATP 水解会降低 MreB 聚合体的稳定性，从而促进丝状结构周转。综合而言，这些结果支持这样一种模型：ATP 结合诱导一个早期成核步骤，从而提高膜亲和力；膜结合促进丝状结构组装；随后 ATP 水解通过驱动聚合体解聚和周转完成整个循环。这些发现为理解 MreB 聚合动力学如何调控细菌细胞壁生长的空间与时间组织提供了机制基础。

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发表于 2026 年 7 月 23 日。

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