FtsA

FtsA es una proteína bacteriana relacionada con la actina por su similitud estructural general y en su sitio de unión al ATP . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Está involucrada en la división celular bacteriana , donde sirve para anclar el anillo citocinético formado por FtsZ a la membrana citoplasmática antes de la división. ^{[ 4 ]}

Junto con otros homólogos de actina bacteriana como MreB , ParM y MamK, estas proteínas sugieren que la actina eucariota tiene un ancestro común. Al igual que otras actinas bacterianas, FtsA se une al ATP y puede formar filamentos similares a la actina. ^{[ 5 ]} La interfaz FtsA-FtsA se ha definido mediante análisis estructurales y genéticos. ^{[ 6 ]} Aunque está presente en muchas especies Gram positivas y Gram negativas diversas , FtsA está ausente en actinobacterias y cianobacterias . FtsA también es estructuralmente similar a PilM, una ATPasa de pili de tipo IV . ^{[ 7 ]}

FtsA es necesario para la citocinesis adecuada en bacterias como Escherichia coli , Caulobacter crescentus y Bacillus subtilis . Originalmente aislado en un cribado de células de E. coli que podían dividirse a 30 °C pero no a 40 °C, ^{[ 8 ]} FtsA significa " filamentoso sensible a la temperatura A " . Existen muchos alelos termosensibles de ftsA de E. coli , y todos se localizan en o cerca del sitio de unión del ATP. Los supresores que restauran la función normal se localizan en el sitio de unión o en la interfaz FtsA-FtsA. ^{[ 9 ]}

FtsA, al igual que la actina y sus homólogos, es una ATPasa. Si bien el mecanismo catalítico exacto de FtsA no se comprende completamente, el ácido glutámico Glu14 en la FtsA de Escherichia coli se señala como un residuo clave involucrado en la catálisis, ya que la mutación de este residuo afecta la capacidad de la enzima para hidrolizar ATP, además de detener la remodelación de vesículas de fosfolípidos y el ensamblaje del anillo Z in vivo. ^{[ 10 ]} Durante la división celular, FtsA se autopolimeriza para formar filamentos dobles antiparalelos largos que luego se localizan en el anillo citocinético formado por FtsZ (anillo Z). ^{[ 4 ]} Esto ocurre a través de una hélice anfipática C-terminal conservada, formando un "anillo A" en el proceso. ^{[ 11 ]} La eliminación de esta hélice da como resultado la formación de haces de polímeros muy largos y estables de FtsA en la célula que no funcionan en la citocinesis. ^{[ 6 ]} Otra proteína de división esencial, ZipA, también une el anillo Z a la membrana y exhibe una función superpuesta con FtsA. FtsZ, FtsA y ZipA juntas se denominan proto-anillo porque están involucradas en una fase inicial específica de la citocinesis. ^{[ 12 ]} Otro subdominio de FtsA (2B) es necesario para las interacciones con FtsZ, a través del extremo C-terminal conservado de FtsZ. ^{[ 5 ]} Otros reguladores de FtsZ, incluidos MinC y ZipA, se unen al mismo extremo C-terminal de FtsZ. Finalmente, el subdominio 1C, que se encuentra en una posición única con respecto a MreB y la actina, es necesario para que FtsA reclute proteínas de división celular posteriores como FtsN. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Aunque FtsA es esencial para la viabilidad en E. coli , puede eliminarse en B. subtilis . Las células de B. subtilis que carecen de FtsA se dividen mal, pero aún sobreviven. Otra proteína que interactúa con FtsZ, SepF (originalmente llamada YlmF; O31728 ), puede reemplazar a FtsA en B. subtilis , lo que sugiere que SepF y FtsA tienen funciones superpuestas. ^{[ 15 ]}

Un alelo de FtsA llamado FtsA* (R286W) puede eludir el requisito normal de ZipA en la citocinesis de E. coli . ^{[ 16 ]} FtsA* también hace que las células se dividan a una longitud celular más corta de lo normal, lo que sugiere que FtsA puede recibir normalmente señales de la maquinaria de síntesis del septo para regular cuándo puede proceder la citocinesis. ^{[ 17 ]} Se han encontrado otros alelos similares a FtsA*, y en su mayoría disminuyen las interacciones FtsA-FtsA. ^{[ 6 ]} El estado oligomérico de FtsA es probablemente importante para regular su actividad, su capacidad para reclutar las proteínas de división celular tardías ^{[ 6 ]} y su capacidad para unirse al ATP. ^{[ 9 ]} Otras proteínas de división celular de E. coli , incluyendo FtsN y los homólogos del transportador ABC FtsEX, parecen regular la constricción del septo mediante la señalización a través de FtsA, ^{[ 18 ] [ 19 ]} y el subcomplejo FtsQLB también está involucrado en la promoción de la constricción septal mediada por FtsN. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

FtsA se une directamente al dominio C-terminal conservado de FtsZ. ^{[ 22 ] [ 5 ]} Es probable que esta interacción FtsA-FtsZ esté involucrada en la regulación de la dinámica del polímero FtsZ. In vitro, E. coli FtsA desensambla los polímeros FtsZ en presencia de ATP, tanto en solución, como FtsA* ^{[ 23 ]} y en bicapas lipídicas soportadas. ^{[ 24 ]} E. coli FtsA por sí misma no se ensambla en estructuras detectables excepto cuando está en membranas, donde forma minianillos dodecaméricos que a menudo se empaquetan en cúmulos y se unen a protofilamentos FtsZ individuales. ^{[ 25 ]} Por el contrario, FtsA* forma arcos en membranas lipídicas pero rara vez minianillos cerrados, lo que respalda la evidencia genética de que este mutante tiene una interfaz FtsA-FtsA más débil. ^{[ 6 ]} Cuando se unen a la membrana, los mutantes tipo FtsA*, que también pueden formar filamentos de doble cadena, mejoran las interacciones laterales cercanas entre los protofilamentos de FtsZ, en contraste con FtsA, que mantiene separados los protofilamentos de FtsZ. ^{[ 26 ]} Como el empaquetamiento de protofilamentos de FtsZ puede ser importante para promover la formación del septo, un cambio de una conformación tipo FtsA a una tipo FtsA* durante la progresión del ciclo celular puede servir para activar las enzimas de síntesis del septo (FtsWI) así como condensar los polímeros de FtsZ, estableciendo un bucle de retroalimentación positiva . En apoyo de este modelo, el dominio citoplasmático de FtsN, que activa FtsWI en E. coli e interactúa directamente con el subdominio 1C de FtsA, cambia FtsA de la forma de minianillo a la forma de filamento de doble cadena en superficies lipídicas in vitro. ^{[ 27 ]} Estos filamentos dobles de FtsA de E. coli son antiparalelos, lo que indica que ellos mismos no se mueven como los filamentos de FtsZ.

Aunque la FtsA de E. coli ha sido la más estudiada, cada vez se comprende mejor la proteína FtsA de otras especies. La FtsA de Streptococcus pneumoniae forma filamentos helicoidales en presencia de ATP, ^{[ 28 ]} pero aún no se han reportado interacciones con FtsZ in vitro. La FtsA se localiza junto con FtsZ en S. pneumoniae , pero también es necesaria para la localización del anillo de FtsZ, a diferencia de E. coli, donde los anillos de FtsZ permanecen localizados tras la inactivación de FtsA. La FtsA de Staphylococcus aureus forma filamentos similares a la actina, parecidos a los de la FtsA de Thermotoga maritima . ^{[ 29 ]} Además, la FtsA de S. aureus potencia la actividad GTPasa de FtsZ. En un sistema de liposomas , FtsA* estimula a FtsZ para formar anillos que pueden dividir los liposomas, imitando la citocinesis in vitro. ^{[ 30 ]}

Se conocen varias estructuras cristalinas de FtsA, incluida una estructura de FtsA de E. coli . ^{[ 31 ]} En comparación con MreB y la actina eucariota, los subdominios están reorganizados y el dominio 1B se reemplaza por el inserto "1C" de SHS2. ^{[ 5 ] [ 32 ] [ 1 ] [ 33 ]}