FtsZ of filamentous, heterocyst-forming cyanobacteria has a conserved N-terminal peptide required for normal FtsZ polymerization and cell division

Abstract

Las cianobacterias filamentosas crecen por división celular intercalada, que debería implicar pasos distintos en comparación con los que producen células hijas separadas. La región N-terminal de FtsZ está muy conservada en el clade de cianobacterias filamentosas capaces de diferenciación celular. Un derivado de la cepa modelo Anabaena sp. PCC 7120 que expresa sólo una FtsZ que carece de los aminoácidos 2-51 del péptido N-terminal (Δ N-FtsZ) no podría ser segregado. La cepa CSL110 expresa tanto el Δ N-FtsZ, del promotor endógeno del gen ftsZ, como el FtsZ nativo de un promotor sintético regulado. En condiciones de predominio de Δ N-FtsZ, las células de la cepa CSL110 se agrandan progresivamente, reflejando la reducción de la división celular, y muestran casos de división celular asimétrica y estructuras Z aberrantes que difieren notablemente del anillo Z formado por FtsZ en el tipo silvestre. En los ensayos bacterianos de 2 híbridos, FtsZ interactuó con Δ N-FtsZ. Sin embargo, Δ N-FtsZ-GFP pareció perjudicada para su incorporación en los anillos Z cuando se expresó junto con FtsZ. FtsZ, pero no Δ N-FtsZ, interactuó con la proteína esencial SepF. Tanto la FtsZ como la Δ N-FtsZ se polimerizan in vitro exhibiendo actividades comparables a las de la GTPasa. Sin embargo, los filamentos de FtsZ muestran un rizado distinto formando toroides, mientras que Δ N-FtsZ forman gruesos haces de filamentos rectos. Así pues, la secuencia N-terminal de FtsZ parece contribuir a un modo de polimerización de FtsZ distinto que es esencial para la división de las células y la localización del plano de división en Anabaena.

Filamentous cyanobacteria grow by intercalary cell division, which should involve distinct steps compared to those producing separate daughter cells. The N-terminal región of FtsZ is highly conserved in the clade of filamentous cyanobacteria capable of cell differentiation. A derivative of the model strain Anabaena sp. PCC 7120 expressing only an FtsZ lacking the amino acids 2–51 of the N-terminal peptide (Δ N-FtsZ) could not be segregated. Strain CSL110 expresses both Δ N-FtsZ, from the endogenous ftsZ gene promoter, and the native FtsZ from a synthetic regulated promoter. Under conditions of Δ N-FtsZ predominance, cells of strain CSL110 progressively enlarge, reflecting reduced cell division, and show instances of asymmetric cell division and aberrant Z-structures notably differing from the Z-ring formed by FtsZ in the wild type. In bacterial 2-hybrid assays FtsZ interacted with Δ N-FtsZ. However,Δ N-FtsZ-GFP appeared impaired for incorporation into Z-rings when expressed together with FtsZ. FtsZ, but not Δ N-FtsZ, interacted with the essential protein SepF. Both FtsZ and Δ N-FtsZ polymerize in vitro exhibiting comparable GTPase activities. However, filaments of FtsZ show a distinct curling forming toroids, whereas Δ N-FtsZ form thick bundles of straight filaments. Thus, the N-terminal FtsZ sequence appears to contribute to a distinct FtsZ polymerization mode that is essential for cell division and division plane location in Anabaena.