بانک جزوات و مقالات تخصصی و کاربردی ترجمه ® ویژه دروس پزشکی ®

اکتین و توبولین اجزای اصلی اسکلت سلولی یوکاریوتی هستند. قبلا تصور می‌شد که پروکاریوت ها فاقد یک اسکلت سلولی هستند. با این حال، تحقیق در دهه ۱۹۹۰ به شدت ثابت کرد که در واقع، اسکلت سلولی در پروکاریوت ها با کشف اینکه پروتئین حساس به دما (‏FtsZ)‏، همولوگ باکتریایی توبولین است و MreB همولوگ اکتین است، منشا می‌گیرد. ​

FtsZ یک عامل کلیدی در تقسیم سلول باکتریایی است و در مراحل اولیه مسیر عمل می‌کند. رابطه عملکردی بین FtsZ و توبولین نامشخص بود زیرا آن‌ها هویت توالی پایینی را در سطح آمینو اسید به اشتراک می‌گذارند. با این حال، FtsZ شامل یک توالی امضای توبولین کوتاه است، که در اتصال GTP به توبولین درگیر است. گروه لوکنهاوس در ابتدا FtsZ را برای تشکیل یک ساختار حلقه‌ای رشته‌ای در طول تقسیم سلولی نشان داد و آن را به عنوان یک عنصر اسکلت سلولی پیش‌بینی کرد. سپس، دو گروه مستقل به رهبری Rothfield و Park برای بررسی اینکه آیا FtsZ می‌تواند به عنوان یک پروتئین متصل شونده به GTP عمل کند یا خیر، شروع به کار کردند. با استفاده از سنجش‌های بیوشیمیایی، آن‌ها نشان دادند که FtsZ خالص شده از سلول‌های باکتریایی می‌تواند GTP را درست مانند توبولین یوکاریوتی متصل و هیدرولیز کند. علاوه بر این، اتصال GTP برای عملکرد FtsZ در تقسیم سلولی و همچنین گرایش آن به تشکیل فیلامنت در شرایط آزمایشگاهی ضروری بود، همانطور که کمی بعد نشان داده شد.​​

با این حال، متقاعد کننده‌ترین اثبات این است که FtsZ همتای باکتریایی توبولین است هنگامی که ساختار کریستالی آن توسط لاو و آموس حل شد. آن‌ها نشان دادند که FtsZ یک ساختار سه‌بعدی کلی دارد که شبیه به توبولین یوکاریوتی است و

"tubulin" همچنین FtsZ و توبولین روشی را به اشتراک می‌گذارند که در آن ابتدا در پلیمرهای خطی با یک رابط طولی بین دو زیر واحد که شامل محل فعال GTPase است، مونتاژ می‌شوند. ​

در حالی که ارتباط بین FtsZ و توبولین در حال شکل‌گیری بود، منشا اکتین مبهم باقی ماند. در سال ۲۰۰۱، دو مقاله توسط ون دن انت و همکاران و جونز و همکاران نشان دادند که MreB همولوگ باکتریایی اکتین یوکاریوتی است. براساس شباهت‌های توالی، اکتین به ابرخانواده بزرگی از پروتئین‌های عملکرد نا مرتبط تعلق دارد که شامل چاپرونی پروتئین شوک حرارتی ۷۰ است (‏Hsp۷۰)‏. جونز و همکاران نشان دادند که MreB و پروتئین بسیار مرتبط Mbl برای تنظیم شکل میله‌ای باسیلوس سوبتیلیس مهم هستند. با استفاده از میکروسکوپ نوری، آن‌ها دریافتند که MreB و Mbl مارپیچ‌های بزرگی را در زیر غشا سلولی تشکیل می‌دهند. هر دو پروتئین به تعیین شکل سلول کمک می‌کنند. این پروتئین‌ها با وجود همولوگ ها در طیف وسیعی از باکتری‌ها، حفظ می‌شوند. به طور کلی، باکتری‌های کروی فاقد MreB هستند، در حالی که باکتری‌های با اشکال پیچیده، از جمله اشکال میله‌ای و رشته‌ای، یک یا چند ژن از این دست دارند. ​

باندهای مارپیچی مشاهده‌شده توسط جونز و همکاران نشان‌دهنده اسکلت سلولی بودند. ون دن انت و همکارانش با نشان دادن اینکه MreB خالص شده در شرایط مختلف آزمایشگاهی، پلیمرها را تشکیل می‌دهد، شواهد مستقیمی را برای این امر فراهم کردند. میکروسکوپ الکترونی نشان داد که پلیمرها شبیه به یکی از رشته‌های مارپیچی اکتین رشته‌ای هستند. سپس آن‌ها ساختار کریستالی MreB را تعیین کردند و دریافتند که آن به طور قابل‌ملاحظه‌ای شبیه اکتین است. این مقالات شواهد محکمی فراهم کردند مبنی بر اینکه MreB و اکتین هم جنس هستند. ​

در دهه گذشته، کشف همولوگ های باکتریایی اکتین و توبولین دیدگاه ما از معماری سلول باکتریایی را متحول کرد. دوره پیش رو به سوالات مهمی در مورد عملکرد و تنظیم اسکلت سلولی باکتریایی خواهد پرداخت و امکان مقایسه با سیستم یوکاریوتی را فراهم می‌کند. ​

دیپا نات، سردبیر ارشد، طبیعت

محققان تحقیقات اصلی: Bi، E. ​