《FtsZ原絲纖維的結構生物學研究》是依託浙江大學，由葉升擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：FtsZ原絲纖維的結構生物學研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：葉升
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
細胞骨架蛋白FtsZ(細胞分裂溫度敏感突變體Z)能夠自組裝成為細菌細胞分裂過程中的一個關鍵細胞器―Z環。在細胞分裂過程中，Z環定位在細胞中部―未來細胞分裂位點，依次結合其他細胞分裂蛋白，讓一系列細胞分裂事件有序地發生在相應的時間和位置。隨著分裂隔膜形成，Z環通過水解GTP，將化學能轉化成為向內拉伸的機械力，縮小自身直徑，拉動隔膜內陷，直至最終收縮分裂細胞。本項目將採用蛋白質晶體學方法測定FtsZ原絲纖維的晶體結構，並以結構為基礎，結合其他生物物理化學技術，揭示FtsZ自我組裝和Z環收縮的分子機制。本項研究不僅將幫助我們從結構生物學角度更好地理解細胞骨架自組裝與調控機制，為進一步研究定位在Z環上的其他細胞分裂事件打下良好基礎，還能為以Z環為靶向系統的藥物設計提供直接的結構信息，從而使以分子結構為基礎的藥物設計成為可能。
結題摘要
國家自然科學基金面上項目“FtsZ原絲纖維的結構生物學研究”已順利結題,相關成果已於2013年7月26號線上發表在Science雜誌上，題為“FtsZprotofilaments use a hinge-opening mechanism for constrictive force generation”。 細胞骨架蛋白FtsZ(細胞分裂溫度敏感突變體Z)能夠自組裝成為細菌細胞分裂過程中的一個關鍵細胞器―Z環。在細胞分裂過程中，Z環定位在細胞中部―未來細胞分裂位點，隨著分裂隔膜形成，Z環通過水解GTP將化學能轉化成為向內拉伸的機械力，縮小自身直徑，拉動隔膜內陷，直至最終收縮分裂細胞。儘管在此之前，已經有很多FtsZ單體以及原絲纖維的結構得到解析，但是有關FtsZ的水解-彎曲機制的分子機理我們所能知道的卻很少。 該項目研究的目的就是想要回答細菌細胞骨架蛋白FtsZ研究領域中的一個關鍵問題：Z環是怎樣將GTP水解的化學能轉換為向內收縮的張力？圍繞這個問題，本文以所得到的FtsZ原絲纖維的晶體結構為基礎，設計一系列的FtsZ突變體，結合體內互補實驗、GTPase酶活測定、體外聚合後電子顯微鏡負染觀測，同時輔以分子動力學模擬，提出並驗證了一個Z環是怎樣將GTP水解的化學能轉換為向內收縮的張力的分子機制。 我們發現FtsZ單體在結合GTP和結合GDP時的主要構象變化發生在T3環狀結構區（T3 loop），GTP的g-磷酸基團能夠和T3環的主鏈胺基形成兩個強氫鍵相互作用，從而鎖定T3環處於一種緊密結合構象（T 構象）。當FtsZ結合GDP，失去了這兩個強氫鍵相互作用後，T3環除了可以處於緊密結合構象之外，還可以處於一種鬆弛構象（R 構象）。此外，在FtsZ原絲纖維的垂直構象中有兩個非常關鍵的結構特徵，首先，T3環處於緊密結合構象並和上面亞基的T7環相互作用，使得T7環上兩個保守的天冬氨酸靠近GTP g-磷酸基團附近的一個水分子，在催化GTP水解的反應中，這兩個天冬氨酸的酸性殘基極化這個水分子，使其能夠進攻GTP的 g-磷酸基團。其次，在FtsZ原絲纖維的垂直構象中，相鄰兩個FtsZ亞基緊密結合，嚴絲合縫，夾在兩亞基之間的GDP是處於一種封閉狀態，除非兩個亞基打開，是無法自由出來。因此我們推測，當GTP發生水解，GTP g-磷酸基團和b-磷酸基團之間的共價鍵斷裂，由於二者都攜帶
