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Ver multidimensional del citoesqueleto bacteriano Katherine Celler, una Romano I. Koning, segundo Abraham J. Koster, segundo Gilles P. van Wezel una Biotecnología Molecular, Instituto de Biología de Leiden, Leiden University, Leiden, Países Bajos una; Departamento de Biología Celular Molecular, Sección de Microscopía Electrónica, Leiden University Medical Center, Leiden, Países Bajos segundo

La perspectiva del citoesqueleto como una característica única para organismswas overturnedwhenhomologs eucarióticos del citoesqueleto eucariota elementswere inprokaryotes fi cados y implicado inmajor funciones celulares, incluyendo el crecimiento, la morfogénesis, la división celular, DNApartitioning, y cellmotility. FtsZandMreBwere la primera edhomologs identificaciones de tubulina y actina, respectivamente, followedby el descubrimiento de crescentin como una proteína lament-como fi intermedio. Además, newelementswere fi identi edwhichhave no hay homólogos eucariotas aparentes, tales como los deviantWalker A-typeATPases, bacto fi Lins, y varios elementos novedosos recientemente identi fi cados en estreptomicetos, destacando la complejidad insospechada de componentes cytostructural en las bacterias. En vivo multidimensional uorescencemicroscopy fl ha demostrado la dinámica de la intracellularworld bacteriana, y sin embargo, sólo estamos empezando tounderstand el papel de los elementos del citoesqueleto. La elucidación de las relaciones estructura-función sigue siendo un reto, porque núcleo del citoesqueleto proteinmotifs plasticidad showremarkable, withone elemento oftenperforming diversas funciones Andone functionbeing performedby varios tipos de elementos. Las técnicas de imagen estructurales, como la tomografía crio-electrón en combinationwith lightmicroscopy avanzada, están proporcionando enlaces TheMissing y permitiendo a los científicos answermany cuestiones pendientes en relación con la arquitectura celular procariota. Herewe revisar los últimos advancesmade towardunderstanding las diferentes funciones de las proteínas del citoesqueleto, inbacteria withparticular énfasis enfoques de imagen onmodern.

W

cationes de elementos del citoesqueleto procariotas se han basado en una combinación de gallina el término “citoesqueleto” era primera acuñado en 1931 ( 1 ), Se pensaba que

estructuras cristalinas, in vitro propiedades, y en vivo

citoesqueletos consistir en fibrosa elementos estructurales dentro de una célula que, como los

comportamiento funcional ( 19 ). Reducción de la disparidad entre los estudios estructurales

huesos en nuestro cuerpo, existen para proporcionar refuerzo. Poco a poco se hizo evidente,

celulares y moleculares ( Figura 1 ), Tomografía crio-electrón (crio-ET) está tomando su lugar

sin embargo, que el citoesqueleto no es tanto un sistema estructural estática como los radios de una rueda, pero es más bien un sistema altamente dinámico responsable de los principales procesos en la célula, incluyendo la contracción muscular ( 2 ), El golpeo de los cilios ( 3 ), La segregación de cromosomas ( 4 ), división celular ( 5 ), La fagocitosis ( 6 ), Y el transporte de orgánulos ( 7 , 8 ), Además de proporcionar la estructura celular.

como una parte importante del arsenal de formación de imágenes, proporcionando información estructural sobre complejos de proteínas en condiciones directamente relevantes para el estado nativo de la célula ( 20 - 24 ). La combinación de la tomografía con los métodos de formación de imágenes mencionadas anteriormente proporciona el enfoque multiescala y multidisciplinaria necesaria para comprender cómo funcionan citoesqueleto proteínas en el contexto de la célula.

Aún así, fue una noción generalizada de que el citoesqueleto, que consiste en microtúbulos, micro filamentos, y lamentos intermedios fi (IFS), con proteínas que asocian

En esta revisión, nos centramos en los diferentes roles de las principales proteínas del

reticulantes y otros que proporcionan niveles adicionales de complejidad ( 9 ), Es una

citoesqueleto y demostramos formas en que las técnicas de imagen multiescala han

característica única de las células eucariotas. La existencia de un citoesqueleto

proporcionados penetración en la organización y disposición espacial de los filamentos del

multifuncional en bacterias se hizo generalmente aceptada sólo en la última década,

citoesqueleto. Además, se destaca su función en el morfológicamente inusualmente

cuando se anuló el concepto de células bacterianas como sacculi de proteínas libremente

compleja del micelio Streptomyces, donde muchos de los elementos de asumir funciones

difusible, y se estableció que, de hecho, contienen homólogos de todos los elementos del

nuevas y distintas. Creemos que streptomicetos son un buen ejemplo de la flexibilidad de los

citoesqueleto eucariotas conocidos ( 10 - 12 ). FtsZ (un homólogo de la tubulina [ 13 ])

motivos de proteínas del citoesqueleto núcleo, donde un tipo de elemento puede

AndMreB (un actina homólogo [ 14 ]) Fueron los primeros en ser caracterizados; después,

performvarious funciones y una de las funciones pueden ser realizadas por varios tipos de

crescentin, el primer filamento intermedia (IF) -como proteína, fue descubierto en Crescentus elementos ( 10 , 19 ). La revisión es no exhaustiva, y para obtener información detallada sobre

Caulobacter ( 15 ). Actualmente, también hay elementos fi ed recién identi sin homólogos

las proteínas específico fi formación de filamento-en bacterias que se refiere al lector a

eucariotas, a saber, el desviado ATPasas Walker Amotif ( dieciséis ) Y Lins fi Bacto ( 17 ),

excelentes críticas en otro lugar ( 10 , 19 , 25 - 27 ).

Una clara evidencia de la complejidad del citoesqueleto bacteriano, mientras que muchos elementos son probablemente aún por descubrir.

Determinar (Y MANTENER) BACTERIAL forma de la célula formas Bacteriahaveawidevarietyof, formas fromthemorecommonspherical y varilla para

En la escala celular, se ha aprendido mucho sobre el citoesqueleto basado en la fluorescencia de microscopía óptica estudios (FLM) y, en los últimos años, también por

espiral, cuadrado, y fi formas filamentosas, y la forma de la célula subyacente base molecular es compleja ( 11 , 12 , 28 ). Principal-

microscopía de fuerza atómica (AFM), que se ha aplicado para el estudio de células vivas, así como de proteínas de membrana aisladas o microtúbulos ( 18 ), Mediante la medición de propiedades de la superficie. En la escala molecular, cristalografía de

Publicada por delante de impresión 15 de febrero de 2013 Correspondencia: Gilles P. van Wezel,

rayos X y resonancia magnética nuclear (RMN) están proporcionando valiosa

[email protected]. Copyright © 2013, Sociedad Americana de Microbiología. Todos los derechos

información estructural. De hecho, en vez de análisis de similitud de secuencia, los

reservados.

principales métodos utilizados para fi- identi

doi: 10.1128 / JB.02194-12

De abril de 2013 Volumen 195 Número 8

Journal of Bacteriology p. 1627-1636

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FIGURA 1 escalera Resolución demostrando técnicas de imagen que pueden ser utilizados en diferentes escalas. La microscopía óptica (MO) se puede utilizar para la imagen en directo de la localización de las proteínas señalizado con indicadores fluorescentes para obtener información dinámica; en una resolución más alta, la tomografía crio-electrón (crio-ET) puede proporcionar información estructural acerca de la localización de, por ejemplo, elementos del citoesqueleto en la célula. Las estructuras cristalinas de las proteínas de interés se pueden obtener a través de la cristalografía de rayos X o espectroscopia de resonancia magnética nuclear. imágenes LM adaptados de referencia 104 con el permiso de Cold Spring Harbor Laboratory Press; fromreference imágenes de crio-ET adaptada 21 fromElsevier con el permiso; De rayos X andNMR imágenes fromreference adaptado 109 con la autorización de la Sociedad Americana de Bioquímica y Biología Molecular.

TaiNing forma durante growthanddivision celular es importante si las células son de proliferar. En la

reflejo de microscopía de fluorescencia se visualizó los betweenMreBparalogs relación

mayoría de las bacterias, los peptidoglicano externos (PG) de pared, o sáculo de mureína, es

dinámica y la synthesismachinery la pared celular en

responsable de mantener la forma celular, proporcionando una rigidprotection contra la presión

Bacillus ( 39 , 40 ), Y se encontraron localizaciones de parche-como similares de MreB y la

osmótica. Algunas bacterias, sin embargo, carecen de una pared celular y todavía mantienen fi

dinámica en Escherichia coli y Caulobacter Crescentus,

formas claramente de nido, que van fromthe cocos de Acholeplasma a la fl cónica preguntar-como la

lo que sugiere que el comportamiento es ampliamente conservada.

Estos estudios provocaron un gran debate. Es la organización helicoidal de la con fi

forma de algunas Mycoplasma especies y la forma espiral de espiroplasmas especies ( 28 ). No es de extrañar que una amplia variedad de forma de fi nir y

guración natural que una estructura filamentosa fi en la superficie interior de un cilindro asumirá? O son los patrones de localización de un artefacto de imágenes tomadas con

- el mantenimiento de elementos del citoesqueleto, formación de una variedad de superestructuras ( 29 ), tiempos de exposición largos? O es la localización helicoidal tal vez debido al efecto de las Debe existir para que esta diversidad.

fusiones fluorescentes fl en proteínas etiquetadas? Cada vez es más claro que diferentes técnicas de imagen se requieren para corroborar los patrones de localización observadas ( 41

PROTEÍNAS Y MreB MreB SIMILARES

). tomografía Cryo-electrón corroboró la ausencia de largo ( 80-nm) MreB filamentos cerca

En las bacterias en forma de barra, la mutación de Roda, Rodz, y mreBCD como resultado la pérdida

o a lo largo de la membrana interna de seis diferentes bacterias en forma de varilla,

de forma, con la formación de células redondas que eventualmente mueren ( 14 , 30 - 32 ). Su estructural aunque el uso de correlativo crio-luz y la tomografía de electrones de GFP-MreB permitió análisis identi fi edMreB como un homólogo de la actina ( 33 ). bacterias gram-negativas tienen

la identificación de los haces de MreB citoplasmáticos, mostrando que MreB es, en efecto

aparentemente una sola MreB

detectable por crio -ET ( 42 ). Los mismos investigadores más tarde demostraron que la

gen, típicamente en un operón con MRec y mRed, mientras que los genomas de bacterias

localización helicoidal puede ser inducida por fl etiquetado fluorescente: crio-ET en E. coli células

Gram-positivas codificar hasta tres proteínas MreB-como (MreB, Mbl, andMreBHin Bacillus

productoras nativa y proteína amarilla fluorescente (YFP) -taggedMreBdemonstrated que

subtilis). Imaging ofMreB-proteína verde fluorescente (MreB-GFP) reveló parches localizados

MreB localiza en una hélice cuando es N-terminalmente etiquetado con YFP, mientras que,

de una manera en forma de espiral a lo largo del eje largo de las células, que se explica por

cuando etiquetadas con mCherry dentro de un bucle interno, que se localiza en la misma

MreB ayudar en la deposición peptidolycan ( 14 , 34 - 36 ) ( Figura 2 ). Experimentos recientes, sinmanera que nativeMreB ( 43 ). embargo, en contradicción con la noción de la existencia de hélices continuas y sugirieron más bien un modelo según el cual MreB mueve circunferencialmente alrededor de la célula, perpendicular a su longitud, con complejos de síntesis mover independientemente uno de otro en ambas direcciones ( 37 ). La inhibición de peptidoglicano bloquea la síntesis de movimiento filamento dentro de 10 a 30 s, lo que sugiere que la síntesis de PG impulsa el movimiento de

Espiral de la bobina proteínas: Los filamentos intermedios en las bacterias?

MreB-y no viceversa. De hecho, aunque estudios previos han sugerido que la dinámica MreB son impulsados ​por su propia polimerización, la rotación MreB alrededor del eje longitudinal

Si MreB participa principalmente en el mantenimiento de la forma de varilla, algunas proteínas

de la célula requiere la assemblyof thepeptidoglycancellwall ( 38 ). interiorización total

fi intermedia de filamento-como actúan para controlar otras formas bacterianas. Crescentin (CRES), teniendo notable relación arquitectónico y bioquímica para eucariotas Si las proteínas, fue el primero en ser identificados en esta clase; otras proteínas IF-similares incluyen CFPA ( 44 ,

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FIGURA 2 Estructura y microscopía de MreB. (A y B) El pliegue de MreB procariota es similar a su homólogo eucariota, actina (A), y MreB ensambla en filamentos de actina-como (B). (C) La localización aparentemente helicoidal de una proteína de fusión (MreB-like) Mbl-GFP en las células en forma de barra B. subtilis Ahora se pone en duda ( 41 - 43 ). (D) De hecho, aunque citoplasmáticos lamentos MreB fi son visibles en tomografías, no hay filamentos helicoidales se observaron en varias bacterias en forma de barra, y filamentos helicoidales ven en E. coli mostraron ser un artefacto de la etiqueta YFP entonces-terminal. Inpanel D, una rodaja tomográfica a través de una Vibrio

cholerae se muestra de células que sobreexpresan GFP-MreB. El recuadro crio-FLM muestra la célula se tiñeron con colorante de membrana FM 4-64 (rojo) y la expresión de GFP-MreB (verde); líneas discontinuas en la imagen principal representan los límites de señales fluorescentes. En el lado derecho, una rodaja tomográfica 15 nm de espesor a través de anMreB no haz fusionado a GFP se muestra. Las barras de escala representan 1 m en el recuadro FLM, 200 nm en el corte tomografía crio-electrón, y 50 nm en el más alto-Magni inserción fi cación. En Streptomyces coelicolor,

MreB no es esencial para el crecimiento vegetativo, pero es esencial para la integridad de esporas y se ha demostrado por microscopía inmunoelectrónica (E) y microscopía de fluorescencia (F) para localizar a la envolvente de esporas. Panel B adaptado de referencia 33 con el permiso del Nature Publishing Group; panel C de la referencia

14 con permiso fromElsevier Ltd .; el panel D de referencia 42 con permiso fromElsevier Ltd .; y los paneles E y F de la referencia 59 con permiso de John Wiley and Sons.

45 ), SCC ( 46 ), AglZ ( 47 ), Y las cuatro proteínas CCRP de Helicobacter

papel, demuestra que la polimerización proteína puede servir para diferentes funciones

( 48 , 49 ), Así como Filp ( 51 ) Y Scy ( 54 ) en Streptomyces. Porque, a diferencia crescentin, lasdentro de diferentes contextos celulares. La polimerización puede tener inicialmente otras proteínas en realidad no tienen un alto grado de similitud estructural con proteínas SI y

producido por razones-no estructural, normativo y el desarrollo del citoesqueleto y la

de hecho pueden presentar un caso de evolución convergente ( 50 ), Sino que también se

función estructural de algunas proteínas ocurrido más tarde, durante la diversificación y

han denominado proteínas ricas en espiral de la bobina, o Ccrps.

evolución.

Crescentin (CRES) forma una estructura filamentosa fi en el eje corto de la

Las cuatro proteínas de doble arrollamiento de Helicobacter pylori ( Ccrp48, Ccrp59,

curvedbacterium C. crescentus ( 15 ). Deletionof la Cres

Ccrp1142, y Ccrp1143) han demostrado ser esencial para el mantenimiento de la forma

gen se vuelve curvo C. crescentus células en varillas rectas, lo que demuestra que

apropiada) de células espiral (( 48 , 49 ). La deleción de estos genes da como resultado células

crescentin se requiere para la (media luna) forma celular curvada. tomografía Cryo-electrón

casi de cadena lineal; Además, a pesar de flagelos no se ven afectados, la movilidad se reduce.

de C. crescentus revelado múltiples haces de filamento, que caen en cuatro clases

Todos los cuatro Ccrps tienen diferentes propiedades de multimerización y lamentación fi y

principales basándose en su forma y ubicación (curvatura interior, citoplasmática, polar, y el

diferentes tipos de subunidades más pequeñas y no copurifican, lo que sugiere que los

anillo como [ 15 ]). Bundles, sin embargo, persistieron en los mutantes crescentinless y en

filamentos tienen diferentes papeles aunque complementarios ( 48 ). los Streptomyces elemento

células tratadas con A22, un compuesto con causas despolimerización de MreB filamentos ( 53 citoesquelético Scy fue propuesto recientemente para controlar el crecimiento polarizado en las ), Lo que sugiere que están compuestos de elementos del citoesqueleto fi cados, que aún

puntas de hifas existentes, aswell como para promover la formación de nuevos punta durante la

no identificados. Esto condujo a la identificación de la enzima metabólica CTP como una

ramificación ( 54 ). supresión de

proteína de filamento de formación de novela en C. crescentus, interactuando dinámicamente withCreS para regular curvatura celular ( Fig. 3 ). La bifuncionalidad de los PTC filamentos, que tienen una metabólica, así como un morfogénica

scy afecta el crecimiento polarizada y, como consecuencia, también la geometría de las hifas, resultando en anchura irregular hifal, la longitud de las hifas cortas, y de ramificación aberrante. Filp, codificada a partir de un gen inmediatamente

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FIG. 3 El descubrimiento de la enzima metabólica CTP como una proteína de filamento de formación de novela en Crescentus Caulobacter. ( A) Una serie de lapso de tiempo de imágenes de la estructura crescentin GFP marcada con (rojo; establecido sobre las imágenes de contraste de fase) durante el curso del ciclo celular muestra crescentin localizar al eje corto de curvado C. crescentus

Células. (B y C) Cryo-ET confirmado la presencia de haces de filamento (B), aunque los paquetes todavía estaban presentes en una cepa crescentin deleción (C). Esto condujo al descubrimiento de la enzima metabólica CTP como una proteína de filamento de formación de novela en C. crescentus. ( D) CTP y Cres colocalize. Bares, 1 m (A), 200 nm (B), 50 nm (C), y 2 m (D). Características estructurales en el panel B: SL, capa superficial; OM, la membrana externa; PG, capa de peptidoglicano; IM, membrana interna; St, tallo; Costilla, probable ribosoma; GF, oro fi ducial utiliza para alinear las imágenes; Phb, poli- putativo gránulos hidroxibutirato. Panel A fromreference adaptado 133 con permiso fromCold SpringHarbor Laboratory Press; panel B adaptado fromreference 52 con permiso de JohnWiley and Sons; paneles C ANDD adaptado fromreference 134 con el permiso del Nature Publishing Group.

aguas abajo de scy, es importante para la estabilidad de fi hifas filamentosa y para la

de las proteínas grandes de doble arrollamiento se encuentran en estos organismos en el

segregación de ADN correcta ( 51 ), De nuevo subrayando la arquitectura versátil de las

control de la integridad celular, el crecimiento, el desarrollo, la secreción de proteínas, y la

proteínas IF-como, que ofrecen diferentes soluciones para una variedad de tareas del

segregación de ADN (nuestros datos no publicados). Será interesante ver si la crio-ET puede

citoesqueleto. La caracterización de estas proteínas enrollado de la bobina se realizó

revelar estos elementos dentro de las hifas. De hecho, a pesar de su anchura significativa fi

mediante el análisis de la arquitectura de proteínas y conservación de la secuencia y, en el

esperado (FI eucariotas son alrededor de 10 nmwide), hasta la fecha, no hay estructuras

caso de Filp, por AFMto analizar la rigidez de tipo salvaje hifas y mutantes de deleción;

confirmado fi intermedia de filamento-como (de Cres u otros) han sido inequívocamente

crio-ET debe permitir la visualización de dichos filamentos en el lugar. De hecho, Streptomyces identificados en tomografías de bacterias. La confirmación de la existencia de FI procariotas, hifas son ideales para el estudio con la tomografía crio-electrón de células completas, ya

por ejemplo, imágenes de alta resolución combinado con microscopía de fluorescencia está

que son más delgadas que 500 NM- casi la mitad de la anchura de las bacterias

por lo tanto muy esperado.

unicelulares tales como E. coli y B. subtilis -y por lo tanto dentro del rango de espesor permisible para ET. Por otra parte, aparte de las ya identi fi ed, estreptomicetos pueden tener muchos elementos más cytostructural, y análisis mutacional preliminar sugiere funciones mercantiles para un número

OTRAS FUNCIONES DE MreB y las proteínas IF-LIKE Dif fi culto ya que puede ser al grupo de las proteínas de filamento-como fi intermedio en función de su similitud estructural, es evenmore di fi culto a

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clasifican en función de su función. Aunque varios tienen un papel importante en el control de

y situado dentro de un grupo de genes implicados en la división celular y la pared ( DCW) síntesis,

la forma en las bacterias en forma no de varilla, otros tienen diversos papeles en, por ejemplo,

FtsZ polimeriza para formar un andamio de proteínas división celular (la-anillo Z) en

la división celular (CFPA) o la motilidad (AglZ). De un modo similar, MreB y no sólo sus

themidplane de células en división. Curiosamente, mientras que en eucariotas el anillo

homólogos funcionan para dictar forma de barra, sino también jugar un papel en la motilidad

cytokinetic está formada por actina, FtsZ es un homólogo estructural (y ancestro) de la

(véase más adelante) ( 55 , 56 ), La segregación de cromosomas ( 53 , 57 ), El establecimiento de tubulina ( 13 , la polaridad celular ( 58 ), Y proporcionar estabilidad a la pared capa de la espora en (Streptomyces67 , 68 ). La proteína FtsZ altamente conservada se encuentra en prácticamente todas las bacterias y 59 ). En Myxococcus xanthus, proteínas fi formación de filamento-AglZ y, curiosamente, MreB

arqueas ( 26 ), Con sólo unas pocas excepciones ( 69 ).

están involucrados en (aventurero) de tipo A de la motilidad, un tipo de deslizamiento para el cual el mecanismo no es todavía bien entendido. Se han propuesto muchos modelos ( 60 , 61 ),

CLUES a partir de imágenes de la división celular

Pero los últimos resultados indican que A-motilidad implica motores distribuidos y complejos

Cryo-ET de formación de imágenes de la división celular bacteriana proporcionado

de adhesión focal, la participación de hasta 40 proteínas en un gran complejo multiproteico

recientemente una nueva visión de FtsZ localización. imágenes de crio-ET de dividir C.

estructural ( 62 , 63 ). proteína enrollado de la bobina AglZ localiza en racimos en el polo celular

crescentus células mostraron, separado, de arco-como filamentos de FtsZ y no un anillo

que conduce y, como la célula se mueve, se transporta hacia el polo de células de

completo corto o espiral ( 70 ). De hecho, se informó de la formación de arcos FtsZ

revestimiento, donde se desmontan racimos ( 63 ). Estos grupos están asociados con los

previamente ( 71 ) Como una etapa en la maduración de anillo. Cryo-ET reveló filamentos

motores A-motilidad que son la hipótesis de la motilidad de energía por acoplamiento de

irregularmente spacedproto de FtsZ, aparentemente conectados a la membrana interna por

movimiento en un rígido filamento citoesqueleto con los complejos de adhesión en la

otros complejos de proteínas densos en electrones. Algunos fueron curvados y otros eran

superficie ( 64 ). Recientemente, MreB, en cooperación con MglA, una GTPasa similar a ras, se

recta, lo que sugiere que, como se especuló ( 72 - 74 ), FtsZ genera la fuerza de constricción

demostró que era crítico para el correcto posicionamiento y la estabilización de las proteínas

para la división celular en sí a través del cambio conformacional

de la motilidad polares y los complejos de adhesión focal ( 55 ). A-tipo deslizándose movimiento

impulsado-nucleótido-hidrólisis de recto a lamentos proto fi curvas.

de M. xanthus por lo tanto es en realidad muy similar a la migración celular eucariota. formación Cross-pared en Streptomyces puede, sin embargo, llegar a ser una excepción a thismodel. En efecto, la división celular en Streptomyces

es notable. No sólo es su división controlada de una manera completamente diferente, pero también es el único organismo conocido de crecer sin la división celular; la creación de un mutante knockout de ftsZ en En el mollicute melliferum espiroplasmas, propulsión también es asistido por la

S. coelicolor es un evento importante en la biología celular ( 75 ). Disponibilidad de mutantes

acción de MreB filamentos: No se encontraron dos tipos de filamentos dispuestos en tres

nulos para los genes de división celular canónicos como ftsEX, ICES, FTSL, ftsQ, FTSW, y ftsZ hace

cintas paralelas debajo de la membrana celular, con las dos cintas exteriores

Streptomyces un objeto importante para los estudios de división celular ( 76 , 77 ). Además, en Streptomyces

construidas de proteína fi Bril y la cinta interior sugeridos estar compuesto de MreB ( 56 ).

dos tipos de división celular se producen: en hifas aéreas, los resultados tabicación en la

Los datos estructurales sugieren un modelo que explica la propulsión de Mollicutes

formación de esporas que puede separar a dispersarse, y en hifas vegetativas, intervalos

bymeans helicoidales de cambios de longitud coordinados de las cintas.

irregulares formato de paredes transversales, donot constreñir, y no resultado en la celda fisión ( Fig. 4 ). Sorprendentemente, la mayoría de las proteínas de la división celular canónicos como

En los actinomicetos filamentosas fi, que crecen por extensión apical, homólogos MreB

FTSI y FtsWare ni siquiera requiere para la formación de la pared transversal. Esto sugiere una

sólo se producen en las especies que diferencian mediante la formación de un micelio y

divisionmechanism célula completamente diferente, por lo cual otro par que consta de un SEDS

esporas aérea, con un papel menos pronunciada y no esenciales durante el crecimiento

(forma, la elongación, la división y la esporulación) de proteína y una proteína de unión a

vegetativo ( 59 ). La ausencia en otro apicalmente creciente géneros actinomiceto como

penicilina clase cognado B (PBP) puede llevar a cabo la síntesis de septum ( 77 , 78 ). Esto es

corinebacterias y micobacterias sugiere que la función de MreB está directamente

algo que hasta ahora ha ganado muy poca atención. Una explicación es que debido a que las

relacionada con la forma en bacterias se alargan y se dividen (revisado en referencia sesenta

paredes transversales no se contraen sino, más bien, forman barreras semipermeables que

y cinco ). En Streptomyces, La función principal de MreB es proporcionar estabilidad a la pared

separan los compartimentos de conexión, la función themain de la divisome es mediar la

de la espora, que está corroborada por la densa hacinamiento de la pared de esporas interior

activación de la contracción del anillo Z y que FtsZ no genera una fuerza de constricción si

por MreB, como se muestra por microscopía inmunoelectrónica (inmuno-EM), lo que sugiere

otros componentes divisoma Están ausentes. Será interesante ver qué papel juega FtsZ en la

que una gran parte de la sporewall es associatedwithMreBmolecules ( 59 ). Supresión de la

formación de la pared transversal.

paralogous MBL también compromete la integridad de esporas pared ( 66 ). análisis bioquímico detallado de MreB y Mbl en estreptomicetos nos debe enseñar más acerca de las diversas funciones de estas proteínas pueden jugar en bacterias en forma de no-de varilla.

OTROS tubulina homólogos

La división celular y tubulina ANCESTOR FtsZ

Aunque FtsZ es claramente el homólogo de tubulina más común, existen otros homólogos de tubulina bacteriana, incluyendo Tubz y RepX en Bacillus ( 79 , 80 ) Y

Aunque algunas de las proteínas IF-como ayudar en procesos de división celular, los

BtubA y BtubB en Prosthecobacter ( 81 ,

principales actores de células en división celular binario son las proteínas el FTS,

82 ). Tubz y RepX son proteínas codificadas por plásmidos que juegan un papel importante

originalmente identificado fi a través del análisis de mutantes temperaturesensitive que

en el mantenimiento de la estabilidad de los plásmidos que las codifican y por lo tanto se

fallan para dividir (los fts plazo, para la temperatura filamentoso sensible, fue acuñado

describen en la sección siguiente. En contraste con Tubz, BtubA y BtubB están más

Van de Putte y colegas [ 135 ]). Tras la segregación cromosómica completionof (influido

estrechamente relacionados con eucariota - y tubulina que a cualquier otra proteína

por MreB en E. coli, Caulobacter, y B. subtilis [ 31 , 53 , 57 ]), Los proteinFtsZdirects

bacteriana, formando heterodímeros que polimerizan en filamentos proto in vitro. Con base

bacterianas las formationof el anillo cytokinetic. A guanosina trifosfatasa (GTPasa) que

en los datos de modelado comparativo, y debido a los microtúbulos no se encontraron en

es ampliamente conservada

secciones delgadas EM, investigadores inicialmente

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Sorprendentemente, la selección del sitio de división durante la esporulación en

Streptomyces, donde hasta un centenar de septos están construidas casi simultáneamente en las hifas aéreas de largo ( 76 , 77 ), Parece estar controlada positivamente. control positivo similares de la división celular también se ha descrito recientemente en otra bacteria multicelular, es decir, la fructificación cuerpo formador Myxococcus xanthus, donde FtsZ es reclutado por la proteína para-como POMZ ( 99 ). En Streptomyces, división está mediada por las proteínas SSgA-similares, una familia de pequeñas proteínas que se producen exclusivamente en actinomicetos morfológicamente complejas y juegan un papel en el control de la morfogénesis ( 100 , 101 ), Con SSgA y SSGB requerido para la esporulación ( 102 , 103 ). Durante la división celular fi c esporulación especí, FtsZ es reclutado activamente por el componente divisome asociada a la membrana SSGB, que también estimula la polimerización FtsZ in vitro ( 104 ). La técnica de Förster de fluorescencia de resonancia la transferencia de energía combinado con la imagen de fluorescencia de por vida (FRET-FLIM), una herramienta potente para el en vivo de formación de imágenes y el cálculo de las distancias entre las proteínas o entre una proteína y otra componente celular, tales como la membrana, la pared celular, o ADN ( 105 , 106 ), Reveló que de hecho SSGB interactúa estrechamente con FtsZ y con la membrana ( 104 ). A su vez, SSGB se guía a los futuros sitios de septo por su paralog SSgA, una proteína multifuncional que activa directamente la división celular ( 107 ), Sino también otros eventos relacionados con la remodelación de la pared celular tales como la germinación y la ramificación ( 108 ). SSGB (y probablemente también SSgA) forma complejos multiméricos, con la estructura cristalina de SSGB revelando un trímero en forma de campana ( 109 ) .Si proteínas o no SSgA-como deben ser consideradas como elementos del citoesqueleto a sí mismos todavía no está claro. Otro aspecto interesante del control de la división de Streptomyces es que para la figura 4 formación Cross-pared en Streptomyces coelicolor. ( A) paredes de la Cruz (flechas) se forman a intervalos irregulares en hifas vegetativas de Streptomyces, y su estructura y el control de su localización son aún poco conocidos. A la izquierda, de fluorescencia micrografía

alcanzar un nivel de umbral de expresión FtsZ parece ser el paso decisivo en la aparición de la división ( 110 ), Y una mayor expresión de FtsZ de hecho anula muchos de esporulación ( WHI)

después de la tinción con el colorante de membrana FM5-95; derecha, imagen de luz correspondiente. Bar, 5 metro.

(mutantes 111 ). Aquí se evidencia en una forma diferente de hacer hacia la iniciación de la

micrografía (B) de electrones de una pared transversal en una resolución más alta. (C) Micrografía Electrónica de

división decisión.

Transmisión de una pared transversal completa con canales probables (puntas de flecha; aparentes como secciones más ligeros) y una protuberancia. Bar, 100 nm. Cabe señalar que las paredes transversales pueden no tener todos los canales. Figura 4C adaptada de la referencia 76 con permiso.

El concepto de control positivo de la división aparentemente viola la idea general de que en la naturaleza de los principales puntos de control son regulados negativamente ( 9 ). Sin embargo, el

predijeron que BtubA y -B lamentos proto fi es poco probable para formar estructuras de

control de la división positivo es probablemente menos costosa en términos de ATP (por ejemplo,

microtúbulos como ( 83 ). Cuando la ultraestructura de BtubA y BtubB fue recientemente

que no requieren la oscilación que consume energía de las proteínas min). En el caso de Streptomyces,

revisited usando crio-ET, sin embargo, se demostró que estas proteínas de hecho se reúnen para formmicrotubules-consistentes en cinco fi proto lamenta en lugar del 13

ocasionales esporas defectuosos en una cadena de esporas largo son thanmistakes menos

encontrado en eucariotas ( 84 ), Pero con la misma arquitectura básica. Su existencia

consecuentes durante binario fisión, lo que podría considerarse una ventaja de un estilo de

sugiere que la organización de microtúbulos puede tener su origen en bacterias, aunque

vida multicelular ( 76 ). Una vez dicho esto, se requiere POMZ por fisión binaria en M. xanthus

la transferencia horizontal de las tubulinas eucariotas no se puede descartar.

( 99 ), Mientras que FtsZ También puede localizar (aunque ine fi cientemente) a los sitios de división en ausencia de Min y Noc en B. subtilis ( 112 ). Queda por ver cómo el reclutamiento generalizado FtsZ activa en las bacterias unicelulares realidad es ( 113 ).

Control positivo de la división celular y las proteínas SSgA-COMO En las bacterias que dividen por fisión binaria, FtsZ es la proteína de primera para localizar

A la par: el citoesqueleto y la segregación cromosómica

en la posición midcell en el inicio de la división celular, seguido de la posterior contratación de los otros componentes de la división celular ( 85 ). Para más detalles sobre la división

Como hemos visto, los componentes del citoesqueleto desempeñan un papel importante en

celular procariota y la maquinaria de división celular, remitimos al lector a los excelentes

la orientación de la dinámica espacio-temporales que rigen el ensamblaje de los

comentarios publicados en otros lugares (por ejemplo, referencias 11 , 12 , 85 , 86 y

componentes celulares en estructuras de orden superior. Cromosoma y la segregación de plásmido es un buen ejemplo de ello. La segregación está mediada por sistemas de

87 ). En E. coli y Bacilo, localización septum in situ y la estabilización del anillo Z

separación tripartita ( 114 ,

requieren, entre otros, FtsA y ZIPA ( 88 - 90 ), Zapa ( 91 ), Y SEPF ( 92 ), Y el

115 ), Que consisten en una trifosfatasa citoesqueleto de nucleótidos que proporciona

posicionamiento y el momento de la formación de septum implican la acción de los

la energía (Pará, ParM, o Tubz), una proteína de unión a ADN que forma complejos de

sistemas de control negativo como Min, lo que impide el montaje del anillo Z en los

nucleoproteína de orden superior con theDNA (parB, Parg, o Parr), y un sitio de

polos celulares ( 93 ,

centrómero ( parC parS,

94 ), Y la oclusión nucleoide, que previene la formación de la ZrinG sobre

o Parh) cerca del origen de replicación ( o yo) que es reconocido por dímeros de las

cromosomas nonsegregated ( 95 - 98 ).

respectivas proteínas de unión a ADN ( 114 , 115 ).

1632 jb.asm.org

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Curiosamente, los NTPases de partición del citoesqueleto todos tienen diferentes

bilized una vez un estado fisiológico se ha observado en la célula ( 132 ). De esta manera, los

pliegues estructurales, lo que sugiere que la evolución convergente resultó en estos

eslabones perdidos necesarios para resolver los modelos físicos para el crecimiento bacteriano,

diferentes elementos (y soluciones) para la separación de ADN problemof general. Parmis

división o de propulsión pueden ser determinados.

una ATPasa familia actina ( 116 ,

117 ), Tubz es un homólogo de la tubulina (hidrolizar tanto GTP) ( 79 ), Y para es un

Adición de la visión proporcionada por métodos correlativos a los datos

desviado Walker A-tipo Citoesqueleto ATPasa (WACA) proteína ( dieciséis ), Un elemento

multiescala de otras técnicas, podemos obtener aún más hacia la comprensión de la

citoesquelético bacteriana que no tiene homólogos eucariotas. formas de ParM, filamentos

relación entre la estructura de elementos del citoesqueleto y su positionwithin la

de actina-como dinámicas que segregan plásmidos en un proceso de mitosis-similares. En E. célula y la función. Dada la centralidad del citoesqueleto en la regulación y la

coli,

ejecución de procesos celulares clave, esta wouldmark un greatmilestone en el

crio-ET se utilizó para identificar pequeños haces de tres a cinco lamentos ParM fi

campo de la biología celular.

intracelulares situados cerca del nucleoide, confirmando que los filamentos de ParM plásmido-segregar están asociados con el nucleoide ( 118 ). Un modelo reciente sugiere que antiparalelas lamentos ParM fi trabajan juntos para conducir la segregación del

EXPRESIONES DE GRATITUD

plásmido ( 119 ). Tubz ensambla en polímeros altamente dinámicos, lineales con

Estamos muy agradecidos a Grant Jensen, WilliamMargolin, y los árbitros anónimos por

polimerización direccional que están involucrados inplasmid andmove segregación por un

sus valiosos comentarios sobre el manuscrito.

proceso llamado treadmilling. Este treadmilling hasta ahora sólo se ha observado en

GPVW reconoce el apoyo de la tecnología de los Países Bajos

eucariotas e implica el montaje en un extremo de la filamento y desmontaje en el otro,

Fundación STW (VICI concesión 10379). AJC y RIK reconocen fondos de los holandeses

con, como resultado, el movimiento neto del filamento. Sin embargo, a diferencia de los

fuentes de financiación Cyttron II 20559 y NIMIC SSM06002 que apoyan el desarrollo de

cilindros huecos formados por tubulina, Tubz forma un filamento doblemente helicoidal de dos hebra que se asemeja mucho más ParM actina similares, que también es doblemente helicoidal. funciones para por alimentando parB, que a su vez las formas de orden superior nucleoproteína complejos en la partición ( parS) sitios cerca del origen de replicación cromosómica de, o oric

herramientas de imágenes correlativas.

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ParA afecta directamente a la función de DnaA iniciador de replicación ( 124 , 125 ). Sin embargo, el papel del citoesqueleto de Pará es aún controversial, y los filamentos producido in vitro ( 126 ) Aún no se han demostrado de manera inequívoca en vivo.

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PERSPECTIVAS FUTURAS

En el lapso de unos pocos años, hemos dado pasos agigantados hacia la comprensión de los mecanismos detrás de la forma y estructura bacteriana. Hace veinte años, elementos del citoesqueleto bacterianas eran desconocidos; Hoy en día, actina, tubulina, y homólogos de filamento acción intermedia, así como nuevos elementos del citoesqueleto sin homólogos eucariotas aparentes, han sido todos ed fi identi en las bacterias. Los ejemplos proporcionados en esta revisión demuestran la plasticidad vasta andwide variedad de funciones asumidas por las proteínas del citoesqueleto procariotas e ilustran técnicas de imagen howmultiscale están conduciendo anuevo ideas y mejorar nuestra comprensión de la función de células howbacterial.

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Para llegar aún más cerca de una comprensión de las interacciones complejas que ocurren dentro del paisaje molecular de la célula, la información estructural estática debe ser acoplado con en vivo estudios dinámicos. Para esto, los enfoques correlativos son necesarios. A la luz correlativa y microscopía electrónica, proteínas etiquetadas con un reportero fluorescente, tales como mejorado GFP (eGFP), o componentes de células stainedwith un colorante selectivo canbe directamente identi fi Edon una rejilla EM y una serie

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de inclinación adquirido en el lugar de interés. Esto debería permitir el mapeo de proteínas del citoesqueleto en imágenes de alta resolución creados por microscopía electrónica, preferentemente en tres dimensiones ( 127 - 131 ). Además, para coger los cambios estructurales dinámicos, utilizando un sistema rápido de transferencia, las muestras pueden ser cryoimmo-

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