Исследователи из Биоцентра Базельского университета обнаружили «часовой» механизм, контролирующий деление клеток у бактерий. В двух публикациях, в «Nature Communications» и «PNAS», они сообщают, как небольшая сигнальная молекула запускает «часы», которые информируют клетку о подходящем времени для размножения.
Способность патогенов размножаться в организме хозяина имеет решающее значение для распространения инфекций. Скорость деления бактерий сильно зависит от условий внешней среды. В неблагоприятных условиях, таких как дефицит питательных веществ, бактерии, как правило, останавливаются после деления и размножаются медленнее. Но как бактерии узнают, когда пора вступать в следующий раунд клеточного деления?
Группа биоцентров Базельского университета под руководством профессора Урса Дженала определила центральный переключатель репродукции у модельной бактерии Caulobacter crescentus: сигнальную молекулу c-di-GMP. В своем текущем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, они сообщают, что эта молекула запускает «часовой» механизм, который определяет, размножаются ли отдельные бактерии.
Сигнальная молекула регулирует «часовой механизм» бактерий
Как долго клетка делает паузу после деления и как она затем решает участвовать в следующем раунде деления, до сих пор плохо изучено. Ключевую роль в этом процессе играет сигнальная молекула c-di-GMP. «Повышение уровня c-di-GMP приводит в действие отдельные зубчатые колеса клеточных часов, одно за другим», - объясняет Дженал.«Эти зубчатые колеса представляют собой ферменты, называемые киназами. Они подготавливают переход клетки из фазы покоя в фазу деления».
Ферменты реагируют на уровни c-di-GMP
При благоприятных условиях жизни новорождённые бактерии начинают вырабатывать сигнальную молекулу - это запускает тиканье часов. Первоначально низкий уровень c-di-GMP активирует первую киназу. Это активирует экспрессию более 100 генов, которые направляют клетку к делению и повышают выработку c-di-GMP.
Результирующие пиковые уровни c-di-GMP, наконец, стимулируют последнее колесо механизма, а также киназу. «На этом этапе клетка в конечном итоге решает реплицировать свою ДНК и запустить клеточное деление», - объясняет Дженал. «Одновременно более 100 генов снова отключаются, так как они важны только для переходной фазы, но препятствуют более поздним стадиям пролиферации».
Взгляд на активацию фермента, опосредованную c-di-GMP
В параллельном исследовании, недавно опубликованном в PNAS, группа под руководством профессора Тилмана Ширмера из Биоцентра Базельского университета описывает, как c-di-GMP активирует первое зубчатое колесо недавно открытого часы на атомном уровне.
Исследователи обнаружили, что мобильные домены киназы изначально зафиксированы в фиксированном положении. Связывание c-di-GMP высвобождает домены, тем самым активируя киназу для экспрессии генов. «В нашем исследовании мы обнаружили новый способ активации, опосредованной c-di-GMP», - говорит Ширмер. «И снова мы очарованы разнообразными «стратегиями» этой маленькой молекулы по регулированию биохимических процессов».
Универсальный принцип размножения бактерий
С-ди-ГМФ регулирует время бактериального клеточного цикла с помощью этой сигнальной молекулы, по-видимому, является универсальным механизмом. Исследователи предполагают, что этот механизм позволяет бактериям точно координировать рост и развитие. Выяснение этого нового механизма также способствует лучшему пониманию роста бактериальных патогенов.