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La purification des FtsZ à partir de différentes sources bactériennes a été décrite dans la littérature et est résumée dans le Tableau 1.
| source | méthode | modification | Rendement obtenu [mg/L de culture]> | références |
| B. subtilis | 1) Précipitation du sulfate d’ammonium/chromatographie échangeuse d’ions | Non | 40 | Cette œuvre, 11,15 |
| 2) Chromatographie d’affinité | Son étiquette | Nd | 17 | |
| E. coli | 1) Précipitation du sulfate d’ammonium/chromatographie échangeuse d’ions | Non | 35 | Cette œuvre, 11,15 |
| 2) Précipitation calcique, chromatographie échangeuse d’ions | Non | 40 | 18 | |
| Methanococcus jannaschii | 1) Chromatographie d’affinité dans des conditions de dénaturation/repliement/précipitation de sulfate d’ammonium/filtration sur gel | Son étiquette | 1.3 | 19 |
| 2) Chromatographie d’affinité/filtration sur gel | Son étiquette | Nd | 20 | |
| Thermotoga maritima | Chromatographie échangeuse d’ions/filtration sur gel | Non | 6.7 | 19 |
| Pseudomonas aeruginosa | Chromatographie d’affinité/filtration sur gel | Strep-tag, His-tag | Nd | 21 |
| Mycobacterium tuberculosis | 1) Chromatographie d’affinité/échange d’ions | Non | Nd | 22 |
| 2) Chromatographie d’affinité/filtration sur gel | Non | 30 | 23 | |
| Aquifex aeolicus | Chromatographie d’affinité/filtration sur gel | His-tag, troncature C-terminale (331-367) | Nd | 24 |
| Caulobacter crescentus | Chromatographie échangeuse d’ions/précipitation de sulfate d’ammonium/filtration sur gel | Non | Nd | 25 |
Table 1. Protocoles de purification FtsZ décrits. ND : non déterminé.
Sédimentation des polymères FtsZ
Initialement, nous avons utilisé deux vitesses différentes pour faire tourner les polymères FtsZ. Nous avons constaté qu’à une vitesse de 350 000 x g, les polymères simples de FtsZEc sont filés vers le bas (Figure 1), alors qu’à 190 000 x g, seuls des faisceaux de FtsZBs sont présents dans la fraction de pastille (données non présentées). Par conséquent, 350 000 x g ont été utilisés dans nos expériences ultérieures. Le pourcentage de FtsZEc et FtsZBs polymérisés est similaire à 50 mM KCl, même si les expériences de diffusion de la lumière ont révélé un signal de diffusion beaucoup plus élevé pour les FtsZB. Cela est dû aux faisceaux formés par les FtsZBs qui diffusent plus de lumière que les polymères simples de FtsZEc. Il n’a pas été possible d’obtenir une grande quantité de polymères FtsZ dans la fraction granulée dans l’expérience avec 300 mM KCl pour FtsZEc et FtsZBs (Figure 1). Nous attribuons cela à une combinaison de démontage rapide des structures FtsZ et de diminution du regroupement des filaments.
Sédimentation des tubules FtsZ-SepF
Pour analyser l’interaction de FtsZ avec certains activateurs, des tests de sédimentation peuvent être effectués à des vitesses de centrifugation plus faibles. À cette vitesse, seules les grandes structures de FtsZ peuvent être granulées, par exemple les gros tubules formés par les anneaux SepF et les filaments FtsZBs 5, ou les faisceaux formés par FtsZ et ZapA. Nous avons utilisé la centrifugation inférieure (24 600 x g) pour démontrer la faisabilité de cette approche pour les tubules formés par FtsZ et SepF. FtsZ n’a été récupéré dans la pastille au-dessus des niveaux de fond que lorsque SepF et GTP étaient présents dans l’échantillon (figure 2), et la présence de SepF n’influence pas l’activité7 de la GTPase de FtsZ, montrant que FtsZ est pleinement actif en présence de SepF. La sédimentation spécifique des SepF et FtsZ est d’environ 45 % du SepF total et 15 % du FtsZ total (par rapport à la sédimentation matérielle lorsque le GDP est ajouté). Cela montre que les tubules SepF-FtsZ contiennent plus de SepF que de FtsZ. Cela peut être dû au fait que de nombreux anneaux SepF organisent les tubules FtsZ-SepF5,7. La stœchiométrie exacte de SepF-FtsZ dans ces tubules n’est pas connue, mais nos résultats suggèrent qu’il y a plus de SepF présent que de FtsZ.
FtsZEc et FtsZBs propriétés de polymérisation et de regroupement
Pour caractériser l’efficacité de polymérisation de FtsZBs et FtsZEc dans différents tampons, nous avons analysé les deux protéines par diffusion de la lumière à 90°. À 50 mM KCl, FtsZBs donne un signal de diffusion de la lumière 20 à 40 fois plus élevé que FtsZEc en fonction du pH tampon (figures 3A et B), confirmant les résultats de Buske et al. 26 L’augmentation de la concentration de KCl dans le tampon n’a pas eu d’influence significative sur le signal de diffusion de la lumière de FtsZEc (figure 3D), mais le signal de FtsZBs a diminué de ~80 fois à un pH de 7,5, de ~30 fois à un pH de 6,8 et de ~45 fois à un pH de 6,5 dans 300 mM de KCl (figure 3C) par rapport aux tampons de 50 mM de KCl (figure 3A). Le désassemblage des polymères FtsZ est plus rapide à une concentration plus élevée de KCl pour les deux protéines (Figures 3C et D). Études de Pacheco-Gómez et al. montrent que la polymérisation et le regroupement de E. coli FtsZ dépendent du pH. Ces auteurs ont constaté que dans un tampon avec 50 mM de KCl, le signal de diffusion de la lumière de la polymérisation de FtsZ était plus élevé, et que le désassemblage de FtsZ prenait plus de temps à un pH de 6,0 par rapport à un pH de 7,0 à 8. Ces résultats ne sont pas en accord avec nos données de polymérisation de FtsZEc à 50 mM KCl (Figure 3B), mais il faut noter que nous avons utilisé trois tampons différents (HEPES, MES et PIPES) où Pacheco-Gómez et al. n’utilisait que des MES. Ainsi, non seulement le pH, mais aussi la composition du tampon (force ionique) affectent la cinétique des polymères FtsZ à 50 mM KCl. Cependant, à 300 mM de KCl, ni la composition du tampon ni le pH n’ont influencé l’assemblage de FtsZEc de manière détectable.
Une expérience de diffusion de la lumière de FtsZBs dans des tampons sans KCl n’a pas été possible en raison de la précipitation de la protéine dans ces conditions. Lorsque la concentration de FtsZBs a été abaissée à 3 μM, il n’y a pas eu de précipitations. Cependant, 3 μM n’est pas la concentration physiologique de FtsZ dans la cellule. Dans les cuvettes en plastique, les FtsZBs n’ont pas précipité à 12 μM à pH 7,5, mais à pH 6,8 et 6,5, les FtsZ ont tout de même précipité en l’absence de KCl.
Morphologies des structures FtsZ d’E. coli et de B. subtilis
Les structures formées par FtsZ ont été inspectées par TEM. Les FtsZB se sont assemblés en polymères étroitement compactés qui recouvraient l’ensemble de la grille dans tous les tampons à faible teneur en sel (figures 4A-C). FtsZEc a formé de longs filaments, des câbles et des faisceaux dans tous les tampons à faible teneur en sel (Figures 4D-F). Cependant, la quantité observable de polymères formés par FtsZEc était inférieure à la quantité formée par FtsZBs. Dans les tampons à forte teneur en sel, les FtsZ B ont formédes protofilaments monocaténaires plus longs qui ne se sont pas associés en faisceaux (Figures 4G-I). Alors que les protofilaments FtsZBs changeaient de structure à une concentration de sel plus élevée, FtsZEc formait des structures indiscernables de celles d’un tampon à faible teneur en sel (figures 4J-L). Il n’y avait pas d’influence observable du pH sur la polymérisation de FtsZEc, mais FtsZBs forme plus de faisceaux à pH 6,5 qui sont visibles sous forme de polymères et de feuilles étroitement compactés (Figure 4B). Ces résultats sont en accord avec nos expériences de diffusion de la lumière et les travaux TEM8,11,26 précédemment publiés.
L’activité GTPase de FtsZ à des concentrations élevées et faibles de KCl
L’activité d’hydrolyse GTP de FtsZ a été mesurée dans différentes conditions à l’aide d’un dosage colorimétrique pour le phosphate libre. Comme indiqué précédemment15, l’activité GTPase de FtsZ augmentait avec l’augmentation de la concentration de KCl : en fonction du tampon utilisé FtsZBs. ont montré une augmentation de 3 à 7 fois, et FtsZEc a montré une augmentation de 1,5 à 2,5 fois de l’activité de la GTPase à 300 mM KCl par rapport à 50 mM KCl. La réduction de l’activité de la GTPase à 50 mM KCl est due au regroupement des filaments FtsZBs. À 50 mM de KCl, FtsZEc avait une activité GTPase 3 à 6 fois plus élevée que les FtsZBs en raison d’un désassemblage plus rapide des polymères FtsZEc. La différence d’activité d’hydrolyse du GTP entre les FtsZBs et les FtsZ Ec a été réduite à 300 mM KCl, peut-être en raison de la réduction du regroupement des filaments FtsZBs (figure 5).

Graphique 1. Quantification de la polymérisation de FtsZ par sédimentation. (A) 12 μM de FtsZ ont été polymérisés en présence de 2 mM de GTP ou de GDP à un pH de 7,5 (barres noires), 6,8 (barres grises) ou 6,5 (barres blanches). La quantité de protéines granulées a été déterminée par analyse densitométrique de gels colorés à Coomassie. Le PIB a servi de contrôle pour une sédimentation spécifique et le pourcentage de FtsZ sédimenté avec le PIB a été soustrait du pourcentage de FtsZ sédimentés avec GTP pour obtenir les valeurs tracées dans le graphique. À gauche : FtsZ sédimenté à 50 mM KCl, à droite : FtsZ sédimenté à 300 mM KCl. (B) Résultats représentatifs des gels colorés à Coomassie. Polymérisation de FtsZBs (gel supérieur) et de FtsZEc (gel inférieur) à 50 mM de surnageant KCl. (S), fractions de pastilles (P) de l’expérience. Cliquez ici pour agrandir l’image.

Graphique 2. Sédimentation des tubules SepF/FtsZ à basse vitesse. (A) 12 μM FtsZ Bs ont été polymérisés avec 2 mM de GDP (barresblanches) ou de GTP (barres noires). La quantité de protéines granulées a été déterminée par analyse densitométrique de gels colorés à Coomassie. Les signes + et - sous l’axe des x indiquent la présence ou l’absence de FtsZ et SepF dans la réaction. (B) Résultats représentatifs d’un gel coloré à Coomassie. Polymérisation des FtsZBs en présence et en l’absence de SepF. Comme contrôle SepF sans FtsZ a été utilisé. La polymérisation a été réalisée avec du GTP et du GDP. (S) surnageant, (P) fractions de pastilles de l’expérience. Cliquez ici pour agrandir l’image.

Graphique 3. Diffusion de la lumière de 12 μM FtsZEc et 12 μM FtsZBs. Les FtsZ ont été assemblés en présence de 2 mM GTP et la polymérisation a été surveillée par diffusion de la lumière à 90°. Polymérisation de FtsZBs (A) et FtsZEc (B) à 50 mM KCl à pH 7,5, pH 6,8, pH 6,5. Polymérisation de FtsZBs (C) et FtsZEc (D) à 300 mM KCl à pH 7,5, pH 6,8 et pH 6,5. Cliquez ici pour agrandir l’image.

Graphique 4. Structures des polymères FtsZBs et FtsZEc visualisées par microscopie électronique. (A-L) Images de 12 μM FtsZBs (A-C et G-I) et FtsZEc (D-F) et (J-L) polymérisés avec 2 mM GTP. (A-C) FtsZBs dans un tampon avec 50 mM de KCl et pH 7,5, 6,8 et 6,5 respectivement. (D-F) FtsZEc dans un tampon avec 50 mM KCl et pH 7,5, 6,8 et 6,5 respectivement. (G-I) FtsZBs dans un tampon avec 300 mM de KCl et pH 7,5, 6,8 et 6,5 respectivement. (J-L) FtsZEc dans un tampon avec 300 mM KCl et pH 7,5, 6,8 et 6,5 respectivement. Barre d’échelle : 100 nm. Cliquez ici pour agrandir l’image.

Graphique 5. Hydrolyse du GTP pendant la polymérisation FtsZ dans 6 tampons différents. Dans toutes les expériences, 2 mM de GTP ont été utilisés. Comme échantillon témoin sans MgCl2 a été utilisé. L’activité de FtsZ sans MgCl2 a été soustraite de l’activité de FtsZ en présence de MgCl2. À gauche : Activité GTPase de FtsZ à 50 mM KCl, à droite : Activité GTPase de FtsZ à 300 mM KCl. Cliquez ici pour agrandir l’image.