2. Regulación de la división celular bacteriana
2.3 Regulación espacial
Existe una serie de sistemas proteínicos que aseguran que la división celular se lleve a cabo en el lugar adecuado. Si la división ocurre en los polos de la célula bacteriana el
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resultado es la formación de mini-células, carentes de material genético. Por otra parte si la división ocurre donde hay ADN cromosómico de la bacteria, se pueden producir fragmentaciones del material genético.
El Sistema MinCD
MinC y MinD son proteínas altamente conservadas en bacterias y constituyen un sistema de regulación negativa de la polimerización de FtsZ. Se sabe que la sobreexpresión de las proteínas MinC y MinD da lugar a un bloqueo de división celular (Bi y Lutkenhaus, 1993) y que la supresión del regulador negativo MinE da el mismo resultado (de Boer et al., 1989). MinC es la proteína efectora. Su sobreexpresión por sí sola puede suprimir la división (de Boer et al., 1992b). Actúa como un dímero uniéndose a los polímeros de FtsZ y desestabilizándolos (Hu et al., 1999, Hu et al., 2002, Shen y Lutkenhaus, 2010). MinD es una proteína con una cadena alifática carboxi-terminal que le permite unirse a la membrana en un proceso cooperativo y dependiente de ATP (Hu et al., 1999, Hu et al., 2002, Suefuji et al., 2002, Lackner et
al., 2003). MinD une a MinC a la membrana, lo cual es esencial para su función, ya que
en ausencia de MinD, MinC es incapaz de actuar (de Boer et al., 1990, de Boer et al., 1992a).
Aunque MinC y MinD se expresan en bacterias modelo como E. coli y B. subtilis y sus funciones son las mismas, la dinámica es algo diferente en ambas especies debido a la tercera proteína del sistema, que es MinE en E. coli y DivIVA en B. subtilis. En E. coli se observa cómo MinD oscila de polo a polo celular con una periodicidad de aproximadamente 40 segundos (Raskin y de Boer, 1999) y exhibe un ensamblaje en espiral (Shih et al., 2003). La regulación espacial de MinD en E coli la lleva a cabo la proteína MinE, que es un regulador negativo de MinCD. MinE compite con MinC por MinD, y así puede desplazar su unión y por tanto su función (Suefuji et al., 2002, Ma et
al., 2004). Una vez unido, MinE estimula la actividad ATPasa de MinD, lo que tiene
como resultado su separación de la membrana (Lackner et al., 2003, Zhou et al., 2005). MinD vuelve a ensamblar en el polo opuesto, uniendo a MinC. El resultado final es que la oscilación de polo a polo de MinCD finalmente ocasiona una concentración media mayor en los polos y menor en el ecuador celular (Raskin y de Boer, 1999) (Fig 2A). Por el contrario en B. subtilis no se observa esta oscilación de MinCD sino que el
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complejo MinCD se ancla a los polos celulares por medio de la proteína DivIVA (Edwards y Errington, 1997, Marston et al., 1998).
Figura 2: Sistema MinCDE y sistema de oclusión nuclear. A-Sistema MinCDE. Se representa el ciclo
de oscilación de polo a polo (Rothfield et al., 2005). B- Sistema de oclusión nuclear con un solo cromosoma bacteriano (arriba), y tras la replicación y segregación de ADN, con las proteínas de inhibición (SlmA o Noc) representadas como cuadrados rojos. En todas las imágenes las zonas de color azul representan zonas de inhibición de la polimerización de FtsZ
Oclusión Nuclear
Además de un sistema que regula la ubicación del divisoma al ecuador celular, existe un segundo sistema de regulación espacial que evita la formación del anillo Z en lugares donde se encuentra el ADN cromosómico. Este sistema es el de oclusión nuclear (Woldringh et al., 1991), y lo lleva a cabo la proteína SlmA en E. coli (Bernhardt y de Boer, 2005) y la proteína Noc en B. subtilis (Wu y Errington, 2004). Ambas proteínas interaccionan con el ADN cromosómico (Bernhardt y de Boer, 2005, Wu et al., 2009) e inhiben la formación del anillo Z (Figura 2B), aunque sus secuencias no muestran similitud significativa. En condiciones normales, el sistema de oclusión nuclear no es esencial, ya que tras la replicación del ADN, las dos copias son segregadas a polos opuestos de la bacteria, donde el sistema MinCD evita la formación de anillos Z, como ya se ha visto. Sin embargo, en bacterias con SlmA o Noc inactivados y a los que se les interrumpe la replicación de ADN, lo que deja ADN en el ecuador celular, se observa la formación de divisomas aun en presencia de nucleoides (Wu y Errington, 2004,
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Bernhardt y de Boer, 2005), lo que indica que SlmA y Noc normalmente evitan estos problemas.
La combinación de la oclusión nuclear con el sistema MinCD hace que, una vez duplicado el ADN de la bacteria, la formación del anillo Z se restrinja a la zona del ecuador celular (Figura 3). En casos donde se inhabilite uno u otro sistema se puede dar la formación de anillos Z adicionales.
MipZ
MipZ es una ATPasa que ha sido descrita como un regulador espacial de la división celular (Thanbichler y Shapiro, 2006). Hasta el momento sólo se ha encontrado en
C. crescentus. Interacciona específicamente con la proteína ParB, que a su vez se
localiza junto al origen de replicación del ADN por interacción con sitios parS, cercanos al origen. MipZ forma un gradiente en la célula, con la zona de mayor concentración localizada en el origen de replicación. Se ha observado in vivo e in
vitro que MipZ desestabiliza a los polímeros de FtsZ, lo cual constituye un
mecanismo para coordinar la replicación y segregación de ADN con la formación del anillo Z y división.
Figura 3: Esquema de regulación espacial del anillo Z en E. coli. En rojo la zona de
inhibición por el sistema MinCDE, líneas naranja; zona de inhibición por oclusión nuclear, verde; anillos Z (Goehring y Beckwith, 2005).
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