High-resolution structure analysis of cell-division filament using recent high-end cryo-EM

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22630
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0701:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Fujita Junso 大阪大学, 生命機能研究科, 特任助教(常勤) (80876368)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 / 細胞分裂 / 肺炎桿菌 / 繊維状タンパク質 / FtsZ / モノボディ

Outline of Final Research Achievements

In this study, structure analysis of FtsZ filaments, which are formed during bacterial cell division, was performed using cryo-EM. The observation by negative staining revealed that FtsZ from Klebsiella pneumoniae supplemented with a binding monobody formed relatively thick and stable filaments. After cryo-EM data collection and image analysis, overall map resolution reached 2.67 Å. Two distinct FtsZ protofilaments formed a double-helical structure, and FtsZ-bound monobodies filled the gaps between the protofilaments. These results lead to the molecular basis and mechanism of FtsZ filaments.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでにらせん型のFtsZフィラメントを高分解能で構造決定した例はなく、またその構造はホモログであるチューブリンから構成される微小管に似ているが異なる点もあった。このことは細菌の細胞分裂における構造基盤となる新たな知見を与えるだけでなく、ホモログ間での機能の違いという分子進化の観点からも興味深い。またFtsZは細菌の生存に必須であること、及び今回構造決定に成功したのは病原菌由来のFtsZであることから、その分子機構についての理解を深めることは抗菌薬の開発においても非常に重要である。