对Myxococcus xanthus中Pom簇动力学的调控

杆状细菌细胞通常沿其长轴中途分开收缩。LMU物理学家已经开发出一个理论模型来解释黄色粘球菌如何将分裂平面定位到中间细胞。

必须严格规范必要的生物过程，如细胞分裂。例如，细胞分裂平面的正确定位对于重复基因组的正确分离至关重要，因此对于两个子细胞的存活至关重要。。细菌细胞通常通过形成可收缩环而对称地分开，该收缩环逐渐收缩以形成相同大小的两个子细胞。在一项新研究中，LMU博士生Silke Bergeler和她的主管Erwin Frey教授开发了一个模型，解释了如何在杆状细菌Myxococcus xanthus中指定分裂平面。该模型基于LotteSøgaard-Andersen教授和她在Marburg的Max Planck陆地微生物研究所所做的实验工作，在在线期刊PLoS Computational Biology中有所描述。

在细胞分裂之前，细菌基因组被复制。细菌染色体(或“类核”)占据的区域在功能上等同于高等生物细胞中的细胞核。当细胞分裂时，类核必须居中，以便重复的类核在两个子细胞之间平均分配。已经鉴定了三种蛋白质，这些蛋白质是在M. xanthus的中间细胞中正确定位切割平面所需的。马尔堡研究小组的实验表明，其中两个名为PomX和PomY，组合成一个大的星团，最终将标志着中间细胞的位置。第三种是PomZ，它是一种ATP酶 - 一种结合核苷酸ATP并可将其转化为ADP的酶。由两个ATP结合的PomZ蛋白质组成的二聚体分子可以附着在染色体DNA上并沿着它扩散，并且还可以与PomXY簇结合并以较低的速率扩散。该系统的作用确保簇定位于类核的中点，其与可形成收缩环的中间细胞重合。

“我们已经开发出一种数学模型，并用它来研究过程的详细动力学，从而将团簇定位在类核的中心，”Bergeler说。分析显示PomZ蛋白是该操作中的关键组分。它们首先与染色体DNA结合，然后募集簇，从而将其束缚在类核上。然而，PomZ与簇和染色体DNA的同时结合最终激活PomZ的ATP酶活性，这导致它从簇和DNA分离。然后它在细胞质中扩散，最后再次随机地结合到类核中。除了这种延迟之外，另一个因素在将群集穿梭到中核时起着重要作用：染色体表现出一定程度的弹性，这使得染色体上的特定位置可以通过热波动探索其平衡位置周围的区域。“由于这种弹性，与染色体和PomXY簇结合的PomZ蛋白可以在簇上施加净力。”此外，模拟显示群集的速度取决于PomZ从任一侧进入群集的通量之间的差异。“关键的一点是，如果簇不对称地放置，更多的PomZ蛋白质将从较长的类核部分方向进入其中，而不是从另一侧进入，”Bergeler解释说。PomZ通量的这种不平衡有助于将集群推向中间单元，而不是远离中间单元。当簇的位置与染色体的中心重合时，

据其作者称，该模型在其他细胞内定位系统的背景下也很受关注，例如用于使大肠杆菌中的收缩环居中的Min系统，质粒分离或负责鞭毛定位的机制。。“通过研究各种系统之间的异同，可以确定它们所依据的一般机制，”Frey说。该观点得到以下发现的支持：所提出的机制原则上可以导致两种不同的动态行为。如果PomZ沿着类核的运动的动力学相对于簇的扩散是缓慢的后者不能稳定地保持其在中间核的位置。相反，它围绕类核的中心来回摆动。

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