Caracterizaciónde la viabilidad, la actividad GTPasica y la polimerizaciónde las mutantes EcFtsZ E83Q y G67P

Abstract

La FtsZ polimeriza para formar el anillo Z alrededor del perímetro transversal en el centro de la célula cuando la bacteria E. coli inicia la formación del septo. En este proceso participan varias proteínas Fts para formar el divisoma y FtsZ es la que se encuentra en mayor concentración. Una vez formado el anillo Z no se sabe cómo este induce la división celular. La polimerización de la FtsZ ha sido caracterizada in vitro y se sabe que induce su actividad GTPásica y forma protofilamentos por interacciones longitudinales que dan origen a láminas y túbulos a través de interacciones laterales. Estas características también son propias de la tubulina, proteína que presenta similitud estructural con la FtsZ, por esto, ambas proteínas se consideran homólogas. Se desconoce cuales son los polímeros funcionales dentro de la célula y que tipo de interacciones están involucradas. De allí que un buen modelo para entender las interacciones en los polímeros de la FtsZ son los microtúbulos. Una comparación estructural entre la tubulina y la FtsZ mostró que la hélice H3 de la FtsZ, donde se destaca la presencia de aminoácidos cargados, y el “loop” formado entre la hebra beta S3 y la hélice H3, rica en glicinas, estarían involucrados en las interacciones laterales. Con el fin de demostrar la importancia de las interacciones laterales de la FtsZ en la formación de los polímeros funcionales en la división celular de E. coli se construyeron mutantes puntuales de la EcFtsZ: E83Q y R85Q en la hélice H3 y G67P en el “loop” S3-H3. Los resultados mostraron que la viabilidad se redujo en las células que expresan solo las EcFtsZ mutantes con respecto al tipo silvestre en el siguiente orden: tipo silvestre > E83Q > G67P > R85Q. La caracterización in vitro de estas mutantes mostró que su polimerización decreció en el mismo orden que la viabilidad y que la actividad GTPásica decreció de manera diferente, de acuerdo al siguiente orden: tipo silvestre > G67P > E83Q > R85Q. Estos resultados muestran que hay una relación directa entre la polimerización y la viabilidad y que la velocidad de hidrólisis de GTP no está relacionada en forma directa con la viabilidad. Se concluye que en la polimerización de EcFtsZ y por ende en la división celular de E. coli son necesarias las interacciones intermoleculares de EcFtsZ mediadas por la hélice H3 y el “loop” S3-H3.

FtsZ polymerizes forming the Z ring around the perimeter in the middle of the E. coli dividing cell. In this process many Fts proteins are involved to form the divisome and FtsZ is the most abundant protein. After the Z ring formation, the mechanism that induces the cell cleavage is not totally understood. In vitro FtsZ polymerization induces the GTPase activity and form protofilaments, by longitudinal interactions, that assemble into sheets and tubes by lateral interactions. These characteristics are also observed in tubulin, which has a similar tridimensional structure with FtsZ, therefore both proteins are considered homologues. The FtsZ functional polymers in the living cells are unknown as well as the interaction involved. Thus, microtubules are a good model to understand the interactions involved in the FtsZ polymers. The structural comparison between tubulin and FtsZ indicates that lateral interaction of FtsZ through charged aminoacids, could be mediated by the H3 helix as found in tubulin. The same is valid for the glycine rich loop β strand S3–helix H3. To know, the role of the FtsZ lateral interactions in the E. coli dividing cells the following point mutations were constructed in the EcFtsZ: E83Q and R85Q located in the H3-helix and G67P in the S3-H3 loop. The viability of the cells that express the mutant EcFtsZ was reduced respect to the wild type in the following order: wild type > E83Q > G67P > R85Q. The in vitro characterization of these mutants showed that the polymerization decreased in the same order that the viability and the GTPase activity decreased in a different manner with following order: wild type > G67P > E83Q > R85Q. These results indicate that a direct relation exists between the viability of the cells and the polymerization of EcFtsZ and that the hydrolysis rate of GTP is not directly related with the viability. It is concluded that in the EcFtsZ polymerization, hence in the cellular division of E. coli, the intermolecular interactions of EcFtsZ, mediated by H3 helix and S3-H3 loop, are necessary.