細菌の細胞分裂初期の分子メカニズムの解明

FtsZは自己縮合してポリマー構造、さらにはリング構造を形成し、細菌の細胞分裂の基盤となる。この様な反応には、枯草菌ではFtsZと直接結合するFtsA、YlmF、ZapAとの結合が重要である。そこで、このような細胞分裂初期の分子メカニズムを解明するために、FtsZにランダムに変異を導入し、相互作用を失う変異FtsZを酵母2ハイブリッド解析により同定し、どのアミノ酸がFtsZ自身やFtsA、YlmF、ZapAとの結合に関わっているかを決定した。FtsZは、Plus End領域、T7 loop、Minus End領域、保存されていない領域、保存性の高いC末端配列からなる。Methanococcus JannaschiiのFtsZの結晶構造解析などから、FtsZポリマーは、異なるFtsZのPlusとMinus Endが結合して形成されると考えられていたが、本研究で得られた変異FtsZの結果はこれとよく一致しており、このようなモデルが枯草菌FtsZにも当てはまることがわかった。また、保存性の高いC末端配列に欠損、もしくは変異を持つ変異FtsZでは、FtsAとYlmFとの結合能を失うことから、この領域は両方の蛋白質との結合に必須であることがわかった。しかし、自己結合能を失った変異FtsZでは、FtsAとは結合できるが、YlmFとの結合能は失うという顕著な違いが見られた。また、ZapAとの結合には、FtsZのC末端配列を必要しないが、FtsZの自己結合能を保持していることが必須でることがわかった。この様に、FtsZに直接結合し、細胞分裂を正に制御している蛋白質との結合には、それぞれ固有の特徴があることがわかった。これらの変異を枯草菌に戻したときの、増殖への影響、変異FtsZの細胞内局在を観察する系を確立し、多くの興味深い現象を新たに発見することが出来た。

FtsZは自己縮合してポリマー構造、さらにはリング構造を形成し、細菌の細胞分裂の基盤となる。この様な反応には、枯草菌ではFtsZと直接結合するFtsA、YlmF、ZapAとの結合が重要である。そこで、このような細胞分裂初期の分子メカニズムを解明するために、FtsZにランダムに変異を導入し、相互作用を失う変異FtsZを酵母2ハイブリッド解析により同定し、どのアミノ酸がFtsZ自身やFtsA、YlmF、ZapAとの結合に関わっているかを決定した。FtsZは、Plus End領域、T7 loop、Minus End領域、保存されていない領域、保存性の高いC末端配列からなる。Methanococcus JannaschiiのFtsZの結晶構造解析などから、FtsZポリマーは、異なるFtsZのPlusとMinus Endが結合して形成されると考えられていたが、本研究で得られた変異FtsZの結果はこれとよく一致しており、このようなモデルが枯草菌FtsZにも当てはまることがわかった。また、保存性の高いC末端配列に欠損、もしくは変異を持つ変異FtsZでは、FtsAとYlmFとの結合能を失うことから、この領域は両方の蛋白質との結合に必須であることがわかった。しかし、自己結合能を失った変異FtsZでは、FtsAとは結合できるが、YlmFとの結合能は失うという顕著な違いが見られた。また、ZapAとの結合には、FtsZのC末端配列を必要しないが、FtsZの自己結合能を保持していることが必須でることがわかった。この様に、FtsZに直接結合し、細胞分裂を正に制御している蛋白質との結合には、それぞれ固有の特徴があることがわかった。これらの変異を枯草菌に戻したときの、増殖への影響、変異FtsZの細胞内局在を観察する系を確立し、多くの興味深い現象を新たに発見することが出来た。