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Jun 21, 2023

McaA 및 McaB는 박테리아 자기 소기관의 동적 위치를 제어합니다.

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Nature Communications 13권, 기사 번호: 5652(2022) 이 기사 인용

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자기주성 박테리아는 지자기장을 따라 정렬하고 탐색하기 위해 자기솜 소기관 내에서 생성된 페리자성 나노결정의 세포내 사슬을 사용하는 다양한 미생물 그룹입니다. 마그네토솜 형성을 위한 몇 가지 보존된 유전자가 설명되었지만, 뚜렷한 종별 마그네토솜 사슬 구성을 유도하는 메커니즘은 아직 불분명합니다. 여기에서 우리는 Magnetospirillum Magneticum AMB-1의 마그네토솜 사슬의 단편화된 특성이 유전자 mcaA 및 mcaB에 의해 제어된다는 것을 보여줍니다. McaA는 내부 세포막의 양의 곡률을 인식하는 반면 McaB는 마그네토솜에 위치합니다. MamK 액틴 유사 세포골격과 함께 McaA 및 McaB는 기존 자성체 사이에 새로운 자성체를 추가할 수 있는 공간을 만듭니다. 계통발생학적 분석에 따르면 McaA와 McaB 동족체는 자기주성 박테리아 사이에 널리 퍼져 있으며 자기체 위치 지정을 위한 고대 전략을 나타낼 수 있습니다.

세포 구획화로 인해 다양한 소기관이 형성되며, 이는 특정 기능을 수행하고 세포 분열 전반에 걸쳐 적절한 상속을 보장하기 위해 올바르게 배치되어야 합니다1. 진핵 세포의 소기관 위치 지정은 주로 세포골격 및 운동 단백질에 의존합니다. 많은 박테리아는 또한 세포 소기관을 생산하고2,3,4,5,6,7 세포 내에서의 위치를 ​​적극적으로 조절합니다. 예를 들어, 단백질 경계 탄소 고정 소기관인 카르복시솜은 핵양체를 보조 단백질이 있는 지지체로 사용하여 세포 내 균등한 분포와 딸 세포로의 적절한 분리를 보장합니다6. 유사하게, 탄소 저장 폴리하이드록시부티레이트 과립이 핵양체와 결합하여 세포 분열 중에 분리를 중재한다고 제안되었습니다7,8. 박테리아 지질 경계 소기관의 널리 연구된 예는 자기 주성 박테리아(MTB)의 마그네토솜 구획입니다. 마그네토솜은 지자기장을 따라 탐색하기 위한 나침반 바늘로 사용되는 자철광(Fe3O4) 및/또는 그레이자이트(Fe3S4)2,9로 구성된 페리자성 나노입자를 광물화합니다. 자기 항법은 박테리아, 곤충, 물고기, 새, 포유류를 포함한 다양한 유기체에서 일반적인 행동입니다. MTB는 자기 항법이 가능한 가장 단순하고 가장 오래된 유기체이며12 화석화된 자기솜 사슬은 강력한 생체특징으로 사용되었습니다13,14. 따라서 MTB의 마그네토솜 생산은 소기관 위치 메커니즘을 연구하고, 자기 항법의 진화를 이해하고, 자기화석 기록을 지구 생명의 역사와 연결하기 위한 이상적인 모델 시스템입니다.

효율적인 나침반 바늘로 기능하려면 개별 자기솜이 사슬로 배열되어야 합니다. 다양하고 복잡한 자기체 사슬(단일 또는 다중 가닥, 연속 또는 단편화)이 다양한 MTB 그룹에서 발견됩니다15,16,17. 뚜렷한 사슬 구성을 유도하는 메커니즘은 아직 알려지지 않았지만 특정 비오톱13에 대한 적응 전략을 반영할 수 있습니다. 가장 널리 연구된 모델 MTB 균주인 Magnetospirillum Magneticum AMB-1(AMB-1)과 Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1(MSR-1)은 16S rRNA 유전자 서열에서 96% 동일성을 공유하는 Alphaproteobacteria 종과 밀접하게 관련되어 있습니다. 그러나 마그네토솜 사슬 조직 전략은 뚜렷합니다. AMB-1에서 자성 결정과 빈 자성체(EM)를 포함하는 자기체는 산재되어 모양이 단편화되고 세포의 극에서 극으로 확장되며 전체 세포 주기 동안 고정된 상태로 유지되는 사슬을 형성합니다19. 대조적으로, MSR-1에서는 자기 결정이 중간세포에 연속적인 사슬로 배열되고, 분열된 딸 사슬은 세포 분열 후 새로운 극에서 딸세포의 중심으로 빠르게 이동합니다. 액틴 유사 단백질 MamK는 모든 특성화된 MTB에서 보존되며 AMB-1 및 MSR-119,20에서 마그네토솜 사슬의 고정 또는 이동 동작을 특별히 조절하는 세포골격을 형성합니다. AMB-1과 MSR-1의 전체 프로테옴은 평균 66% 동일하지만 두 유기체의 MamK 단백질은 아미노산 수준에서 90.8% 동일하며 mamKAMB-1은 MSR-1 ΔmamK 돌연변이를 보완합니다22. 그러나 MamK 필라멘트의 속도와 공간 역학은 각 유기체마다 다릅니다. 산성 단백질 MamJ는 또한 사슬 구성의 핵심 조절자이기도 합니다. MSR-1에서 mamJ가 삭제되면 자기솜은 cell23에서 응집체로 붕괴됩니다. 그러나 AMB-1의 유사한 삭제로 인해 여전히 사슬로 구성된 자기체에 미묘한 결함이 발생합니다. 또한 mamY는 MSR-125에서 세포의 양의 곡률로 체인을 위치시키는 데 중요하지만 AMB-126에서 삭제될 때 체인 구성에 영향을 미치지 않습니다. 이러한 관찰은 종별 사슬 조직 표현형에 알려지지 않은 유전 요소가 필요할 수 있음을 시사합니다.