Los procesos biológicos esenciales, como la división celular, deben estar estrictamente regulados. Por ejemplo, la localización correcta del plano de división celular es vital para la segregación correcta de los genomas duplicados y, por lo tanto, para la supervivencia de ambas células hijas. Células bacterianas en generaldividir simétricamente formando un anillo contráctil, que se contrae progresivamente para formar dos células hijas de igual tamaño. En un nuevo estudio, la estudiante de doctorado LMU Silke Bergeler y su supervisor, el profesor Erwin Frey, han desarrollado un modelo que explica cómo se especifica el plano de divisiónen la bacteria en forma de barra Myxococcus xanthus . El modelo, que se basa en el trabajo experimental realizado por la profesora Lotte Søgaard-Andersen y su grupo en el Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre en Marburgo, se describe en la revista en línea PLoS Biología Computacional .
Antes de la división celular, el genoma bacteriano se replica. La región ocupada por el cromosoma bacteriano o 'nucleoide' es funcionalmente equivalente al núcleo en las células de los organismos superiores. Cuando la célula se divide, el nucleoide debe estar centrado,para que los nucleoides duplicados se dividan por igual entre las dos células hijas. Se han identificado tres proteínas que son necesarias para la localización adecuada del plano de escisión en la mitad de la célula M. xanthus . Los experimentos del grupo de investigación en Marburg han demostrado que dos de estos, llamados PomX y PomY, se unen para formar un grupo grande, que finalmente marcará la posición de la mitad de la celda. El tercero, PomZ, es una ATPasa -una enzima que se une al nucleótido ATP y puede convertirlo en ADP. Las moléculas dímeras formadas por dos proteínas PomZ unidas a ATP pueden unirse al ADN cromosómico y difundirse a lo largo de él, y también pueden unirse al grupo PomXY y difundirse a una velocidad menor.La acción de este sistema asegura que el grupo se localice en el punto medio del nucleoide, que coincide con la mitad de la célula, donde se formará el anillo contráctil.
"Hemos desarrollado un modelo matemático y lo usamos para estudiar la dinámica detallada del proceso que conduce a la colocación del grupo en el centro del nucleoide", dice Bergeler. El análisis reveló que las proteínas PomZ son los componentes crucialesen esta operación. Primero se unen al ADN cromosómico y luego reclutan el grupo, uniéndolo al nucleoide. Sin embargo, la unión simultánea de PomZ al grupo y al ADN cromosómico, eventualmente activa la actividad ATPasa de PomZ, lo que hace que sese separa tanto del cúmulo como del ADN. Luego se difunde en el citosol y finalmente se une aleatoriamente al nucleoide nuevamente. Además de este retraso, otro factor juega un papel importante en el traslado del cúmulo al midnucleoide: el cromosoma exhibe un cierto gradode elasticidad, de modo que una posición específica en el cromosoma puede explorar la región alrededor de su posición de equilibrio como resultado de fluctuaciones térmicas ". Gracias a esta elasticidad, PLas proteínas omZ que se unen tanto al cromosoma como al grupo PomXY pueden ejercer una fuerza neta sobre el grupo ". Además, las simulaciones muestran que la velocidad del grupo depende de la diferencia entre los flujos de PomZ en el grupo desde ambos lados."El punto crucial es que, si el grupo se coloca asimétricamente, se le introducirán más proteínas PomZ desde la dirección del segmento más largo del nucleoide que desde el lado opuesto", explica Bergeler.Este desequilibrio en el flujo de PomZ sirve para empujar el cúmulo hacia, en lugar de alejarse, de la mitad de la celda.Cuando la ubicación del grupo coincide con el centro del cromosoma, permanece en su lugar porque el número de moléculas PomZ que inciden en él desde cada lado es esencialmente el mismo.
Según sus autores, el modelo también es de interés en el contexto de otros sistemas de posicionamiento intracelular, como el sistema Min utilizado para centrar el anillo contráctil E. coli , segregación de plásmidos, o los mecanismos que son responsables de la localización de los flagelos. "Al estudiar las similitudes y diferencias entre los diversos sistemas, uno puede identificar los mecanismos generales en los que se basan", dice Frey. Esta opinión es compatiblepor el descubrimiento de que el mecanismo propuesto puede en principio conducir a dos comportamientos dinámicos distintos: si la dinámica del movimiento de PomZ a lo largo del nucleoide es lenta en relación con la difusión del clúster, este último no mantiene establemente su posición en el midnucleoide.oscila de un lado a otro alrededor del centro del nucleoide.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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