FtsK es una proteína de E. coli que participa en la división celular bacteriana y la segregación cromosómica. [1] [2] Es una de las proteínas más grandes, compuesta por 1329 aminoácidos. FtsK significa " mutante K sensible a la temperatura del filamento " porque las células que expresan un alelo ftsK mutante llamado ftsK44 , que codifica una variante de FtsK que contiene un cambio de residuo G80A en el segundo segmento transmembrana, no se dividen a altas temperaturas y forman filamentos largos en su lugar. [3] FtsK, específicamente su dominio C-terminal, funciona como una translocasa de ADN, interactúa con otras proteínas de división celular y regula la recombinación mediada por Xer. FtsK pertenece a la superfamilia AAA (ATPasa asociada con diversas actividades celulares) y está presente en la mayoría de las bacterias. [4]
FtsK es una proteína transmembrana compuesta por tres dominios: FtsK N , FtsK L y FtsK C. [5] FtsK funciona para coordinar la división celular y la segregación cromosómica a través de sus dominios N-terminal y C-terminal. El dominio N de FtsK está incrustado en la membrana citoplasmática por cuatro hélices α transmembrana. [6] El dominio L de FtsK se extiende desde la membrana hasta el citoplasma. [6] Este dominio de enlace varía en longitud en muchas bacterias. [6] El segmento C de FtsK de la proteína, que se encuentra en el extremo citoplasmático del dominio de enlace, es responsable de permitir la actividad del sistema de recombinación Xer tras la formación de un dímero cromosómico. [6]
Además, el dominio C de FtsK está compuesto de tres subdominios: α, β y γ. [5] Las subunidades α y β se agregan para formar un hexámero que posee la capacidad de translocar ADN a través de la hidrólisis de ATP . [5] [6] Los sitios de hidrólisis de ATP se encuentran en las subunidades β del hexámero. [6] El dominio γ es responsable del control del hexámero. [6] Media la unión del hexámero al ADN bicatenario, controla la direccionalidad de la translocasa e inicia la segregación del dímero cromosómico. [6]
El sitio dif se encuentra en la intersección entre los monómeros del dímero cromosómico. [6] Corresponde al lugar donde cesó la replicación cromosómica y también es el sitio de segregación mediada por Xer. [5] La translocación del hexámero FtsK C se detiene cuando alcanza la ubicación del complejo de recombinasa Xer que está asociado con el sitio dif . [5]
Las áreas ricas en guanosina del ADN, que se encuentran en los extremos de la región dif , son los sitios de inicio de la translocación . [6] Estos sitios se denominan motivos KOPS. [6] Al unirse a un motivo KOPS, se forma el hexámero FtsK y avanza hacia la región dif . [5] [6] El movimiento hacia la región dif se ve facilitado por la polaridad del motivo KOPS. [6]
Existen tres mecanismos propuestos para la translocación del ADN : el mecanismo de gusano rotatorio, el mecanismo de escalera y el mecanismo de revolución. [6] El mecanismo de gusano rotatorio implica dos puntos de contacto entre el ADN y las subunidades del hexámero C de FtsK. [6] Estos puntos de contacto corresponden a un dominio α y β. [6] Un cambio conformacional en la subunidad α puede hacer que el ADN se desplace. [6] Este cambio es seguido por un cambio conformacional en la subunidad β (que también hace que el ADN se mueva). Los cambios conformacionales repetidos conducen a la translocación del ADN. [6]
Por el contrario, el mecanismo de escalera ve las subunidades α y β del hexámero interactuando con el ADN bicatenario de manera secuencial y superpuesta. [6] Los cambios conformacionales en cada subunidad provocan movimiento en la posición espacial de la cadena de ADN. [6] Además, el mecanismo de revolución implica el paso del ADN a través de un canal formado por el dominio C hexamérico de FtsK . [6] En general, el dímero cromosómico se transloca de manera que el sitio de resolución está cerca del divisoma y, por lo tanto, una copia del material genético termina en cada célula hija. [6] FtsK es la bomba de translocación de ADN más rápida, con velocidades de hasta 7 kb s −1, también es muy eficiente. [7]
Durante la replicación bacteriana, en presencia de un dímero, se introduce el mecanismo XerCD para dividir el dímero en dos monómeros. FtsK es responsable de la actividad de la reacción de recombinación de Xer. Específicamente, FtsK c se activa si hay un dímero cromosómico presente en el punto medio de la célula. [7] El mecanismo Xer se activa por la sobreexpresión de FtsK, por lo tanto, parece que FtsK activa la recombinación de Xer. FtsK activa la actividad de XerCD tras el gasto de ATP. [2]
El aparato de recombinación está formado por cuatro monómeros, dos de ellos Xer D y dos Xer C, que pertenecen a una familia de recombinasas de tirosina. [5] La interacción de Xer D y la subunidad γ de FtsK C da como resultado la activación de la recombinasa. [5] El contacto entre Xer D y la subunidad γ se facilita mediante la translocación de ADN. [6] Específicamente, la translocación se detiene cuando el hexámero FtsK c alcanza el sitio dif . [6]
FtsK es una parte del divisoma de las bacterias y coordina la división celular con la resolución de los dímeros cromosómicos. [6] FtsK N estabiliza el septo y ayuda en el reclutamiento de otras proteínas al sitio de la división celular. Los 220 residuos N-terminales de FtsK son suficientes para promover la división celular en Escherichia coli . [8] [9] Sin embargo, evidencia adicional sugiere que el extremo N no es la única parte de FtsK que está involucrada en la división celular. En un experimento realizado por Dubarry, una mutación supresora permitió que las células sobrevivieran sin FtsK N. [10] Cuando los segmentos del dominio de enlace citoplasmático de FtsK se fusionaron a otras proteínas del divisoma que pueden unirse a la membrana, como FtsW, solo aquellas fusiones que contenían la región de enlace de FtsK pudieron restaurar el crecimiento celular normal, proporcionando evidencia convincente de que la región de enlace de FtsK juega un papel importante en la división celular. [10] Otros estudios han demostrado que parte del dominio N de FtsK (que está en el periplasma) está involucrado en la construcción de la pared celular. [6]
FtsK es un miembro de las ATPasas motoras AAA . El árbol filogenético de FtsK se origina en la divergencia entre las translocasas ssDNA y dsDNA donde surgieron TraB, FtsK, T4CPs y VirB4s. Cada una de estas muestra similitudes estructurales y la rama madre de FtsK surgió junto con otras ramas de TraB, TcpA y FtsK. Aunque FtsK tiene su propia filogenia y ramas dentro de ella, TraB es similar a una rama de proteína hermana que se puede rastrear hasta la línea de tiempo de FtsK. Una proteína común que deriva de una de las ramas filogenéticas de FtsK es SpoIIIE, que es esencial para la segregación cromosómica en algunas bacterias Gram positivas. FtsK se encuentra en la mayoría de las bacterias, incluidas E. coli , Staphyloccus y Streptomycetes y en ciertas Archaea, donde el árbol filogenético es similar al de las bacterias. Las proteínas de la familia FtsK tienen longitudes de ramificación divergentes, lo que dificulta proporcionar una cronología evolutiva exacta. Por lo tanto, la filogenia de FtsK se puede comparar con el momento en que se diversificaron los grupos de proteínas VirB4/VirD4, y un poco antes que TraB y TcpA, ya que solo se encuentran en Actinomycetota y Bacillota . [11]
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