Treadmilling FtsZ polymers drive the directional movement of sPG-synthesis enzymes via a Brownian ratchet mechanism

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作者
Joshua W. McCausland,Xinxing Yang,Georgia R. Squyres,Zhixin Lyu,Kevin E. Bruce,Melissa M. Lamanna,Bill Söderström,Ethan C. Garner,Malcolm E. Winkler,Jie Xiao,Jian Liu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:63
标识
DOI:10.1038/s41467-020-20873-y
摘要

The FtsZ protein is a central component of the bacterial cell division machinery. It polymerizes at mid-cell and recruits more than 30 proteins to assemble into a macromolecular complex to direct cell wall constriction. FtsZ polymers exhibit treadmilling dynamics, driving the processive movement of enzymes that synthesize septal peptidoglycan (sPG). Here, we combine theoretical modelling with single-molecule imaging of live bacterial cells to show that FtsZ's treadmilling drives the directional movement of sPG enzymes via a Brownian ratchet mechanism. The processivity of the directional movement depends on the binding potential between FtsZ and the sPG enzyme, and on a balance between the enzyme's diffusion and FtsZ's treadmilling speed. We propose that this interplay may provide a mechanism to control the spatiotemporal distribution of active sPG enzymes, explaining the distinct roles of FtsZ treadmilling in modulating cell wall constriction rate observed in different bacteria.

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