古菌细胞分裂新机制：CdpA蛋白介导FtsZ双环系统组装与锚定的关键作用

研究人员针对古菌细胞分裂机制中FtsZ双环系统组装不明确的问题，通过遗传学与高分辨率显微技术，发现CdpA蛋白作为FtsZ1/FtsZ2的膜锚定复合体核心组分，揭示了其通过N端跨膜域组织分裂环结构的分子机制，为生命三域分裂机制进化研究提供新范式。

　　

在生命演化的长河中，细胞分裂机制始终是维系生命延续的核心谜题。细菌依赖FtsZ蛋白形成收缩环完成分裂，真核生物则演化出复杂的微管系统，而处于二者之间的古菌——这个被称为"第三生命域"的神秘类群，其分裂机制长期笼罩在迷雾中。尤其令人困惑的是，大多数古菌拥有两套FtsZ同源蛋白（FtsZ1和FtsZ2），它们如何协同工作？又是如何锚定在细胞膜上？这些问题成为理解生命分裂机制进化的关键缺口。

来自悉尼科技大学的研究团队在《Nature Communications》发表的研究给出了突破性答案。他们发现一个名为CdpA（Cell division protein A）的全新蛋白，如同古菌细胞分裂的"建筑师"和"锚工"，不仅将FtsZ1和FtsZ2精准定位到分裂位点，更通过独特的跨膜结构域形成稳定的膜锚定复合体。这项研究首次揭示了古菌分裂环的三维组织架构，为理解生命三域分裂机制的共性与特性提供了重要拼图。

研究团队运用多学科交叉技术：通过系统发育分析追踪CdpA在506种古菌中的进化轨迹；利用基因敲除和荧光标记技术构建系列突变体；采用超分辨显微（SIM和3D-SIM）解析蛋白空间分布；结合TIRF显微技术捕捉FtsZ动态运动；并通过免疫共沉淀质谱和AlphaFold2多聚体预测构建膜锚定复合体模型。

CdpA是古菌分裂必需蛋白
研究首先通过系统发育分析发现CdpA在96.5%的盐古菌中与FtsZ1/2共存。敲除cdpA导致Haloferax volcanii出现分裂缺陷，产生异常巨大细胞（图1c），时间推移显微显示这些细胞通过"裂解-碎片化"的非常规方式增殖（图1d）。回补实验证实cdpA基因单独即可恢复分裂功能（Supplementary Fig.2）。

分裂环的时空组织架构
超分辨显微揭示CdpA形成不连续的环状焦点，与FtsZ1/2仅部分共定位（图2b）。3D-SIM显示CdpA呈离散分布（图2c），而FtsZ1/2则形成更连续的环状结构（Supplementary Fig.6）。这种"马赛克式"组装模式暗示古菌分裂环具有比细菌更复杂的空间组织。

双向依赖的组装机制
CdpA的定位严格依赖FtsZ1存在（图3a），而FtsZ2缺失仅导致CdpA环结构松散。反之，cdpA缺失时FtsZ1形成松散螺旋结构，FtsZ2则出现异常垂直排布（图3c）。这种双向依赖关系通过双色标记实验得到验证：野生型中FtsZ1-mCherry与FtsZ2-GFP共定位系数>0.8，而ΔcdpA中降至0.3-1（图3d）。

动态与静态的完美配合
TIRF显微捕捉到惊人现象：FtsZ1-GFP簇以0.003Hz频率双向移动（图4a），FtsZ2-GFP运动较慢（图4b），而CdpA-GFP则保持静止（图4c-d）。在ΔcdpA中，FtsZ1仍保持动态但失去周期性（图4g），FtsZ2则频繁改变位置和取向（图4h-i），揭示CdpA是维持分裂环空间稳定性的"定海神针"。

膜锚定复合体的分子蓝图
结构域分析显示CdpA的N端跨膜域（NTD）对分裂功能至关重要（图5b-c）。免疫共沉淀证实CdpA与FtsZ2、SepF及新发现的CdpB1/2形成复合体（图7a）。AlphaFold2预测显示：4个CdpA跨膜域与2个CdpB1/2异源二聚体、2个SepF构成"锚定枢纽"，SepF的膜靶向序列（MTS）插入膜内与CdpA相互作用（图7b-d）。

这项研究重塑了对古菌分裂机制的认知：CdpA作为进化上独特的膜锚定蛋白，通过其NTD域构建分裂"地基"，借助柔性连接区调节FtsZ1环凝聚，并通过C端域与其他组分协作。这种机制既保留了细菌FtsZ的基本框架，又展现出类似真核系统的复杂性，为理解细胞骨架蛋白的功能分化提供了活化石般的证据。该发现不仅填补了生命树分裂机制演化的关键空白，其揭示的"静态锚定-动态收缩"双系统模式，也为人工设计合成生命体提供了新思路。