浙大Science揭示细胞分裂新机制

　　

生物通报道  来自浙江大学生命科学学院、斯坦福大学等处的研究人员在新研究中揭示，在细菌细胞分裂过程中FtsZ原丝利用了一种轴转机制产生了膜收缩力。这一研究成果发表在7月26日的《科学》（Science）杂志上。

领导这一研究的是浙江大学生命科学研究院的叶升（Sheng Ye）教授。其早年毕业于厦门大学生物系。曾师从中国结构学前辈梁栋才院士和常文瑞院士。主要研究方向是生物大分子结构生物学。

细胞的分裂过程是个体发育过程中的重要事件之一，通过细胞分裂，亲本的遗传物质复制加倍并平均分配到子代细胞中，从而保证了遗传物质的稳定和物种的延续。根据以往的研究结果，人们发现细菌癌进行分裂活动之前，首先要由一些蛋白在分裂位点组装成一个环状的分裂复合物，并由此促成分裂隔膜的形成，进而引发细胞分裂事件的发生。Ftsz蛋白是最早出现在分裂位点的蛋白。

FtsZ是一种鸟苷三磷酸（GTP）结合蛋白，细胞中每个FtsZ单体都与一个GTP或鸟苷二磷酸（GDP）形成FtsZ-GTP或FtsZ-GDP。FtsZ-GTP首先装配成为中空的FtsZ原丝，装配时FtsZ-GTP所携带的GTP立刻被水解为GDP和无机磷酸盐。FtsZ原丝进一步在细胞分裂部位的细胞膜内壁上装配形成称作为“Z环”的环状结构。在细胞分裂过程中，Z环通过利用鸟苷三磷酸水解作用产生的化学能，向细胞膜施加收缩力。然而，目前对于这种Z环收缩力产生的结构机制仍不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员提供了一个分枝杆菌FtsZ原丝结合GDP的晶体结构，其呈现弯曲构象状态。结构分析结果表明，一个纵向的接口对于其功能至关重要。研究人员证实，FtsZ T3环中一个水解依赖性的构象开关导致了亚单位之间发生纵向弯曲，由此产生了足够的收缩力驱动胞质分裂。

研究人员表示，新研究发现不仅揭示了细胞分裂的基础机制，还能够为研发广谱的抗菌药物提供依据。由于所有的细菌都是利用FtsZ进行分裂，并且这一机制与人体细胞分裂原理存在差别，因此FtsZ有望成为研发新广谱抗菌药物的一个有潜力的靶点。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

FtsZ Protofilaments Use a Hinge-Opening Mechanism for Constrictive Force Generation

The essential bacterial protein FtsZ is a guanosine triphosphatase that self-assembles into a structure at the division site termed the “Z ring”. During cytokinesis, the Z ring exerts a constrictive force on the membrane by using the chemical energy of guanosine triphosphate hydrolysis. However, the structural basis of this constriction remains unresolved. Here, we present the crystal structure of a guanosine diphosphate–bound Mycobacterium tuberculosis FtsZ protofilament, which exhibits a curved conformational state. The structure reveals a longitudinal interface that is important for function. The protofilament curvature highlights a hydrolysis-dependent conformational switch at the T3 loop that leads to longitudinal bending between subunits, which could generate sufficient force to drive cytokinesis.

作者简介：

叶升博士

教育背景：
1987-1991    厦门大学细胞生物学学士
1991-1996    中国科学院生物物理研究所生物物理学博士
1996-1999    美国贝勒医学院生物化学系博士后
1999-2001    美国得克萨斯大学西南医学中心生物化学系博士后

工作经历：
2001-2003 美国Syrrx公司科学家
2003-2005 美国德州农工医学中心科学家
2005-2010 美国得克萨斯大学西南医学中心生理学系/霍华德-休斯医学研究所
                讲师---二级研究专家---助理教授
2010-至今 浙江大学生命科学研究院教授

曾获荣誉：
2010年 浙江省杰出青年基金获得者   
2011年 教育部新世纪优秀人才支持计划  
2011年 浙江省****     

新药研究：
在美国Syrrx公司担任科学家期间，叶升博士作为基于结构的糖尿病药物设计主要参与人之一，所设计的高选择性双肽蛋白酶４抑制剂之一（SYR-322）已通过临床试验。日本厚生省已于2010年6月批准此新药（药名Nesina）上市。