La proteína ftsz, ancestro procariótico de la tubulina, forma láminas bidimensionales que se comportan como osciladores eléctricos

CARABAJAL MPA; CANTIELLO HF; ROPÓN PALACIOS GGD; BONACINA J; CANTERO MR

San Miguel de Tucuman

Congreso; Jornadas de Microbiología del NOA; 2019

La división celular bacteriana es un proceso estrictamente regulado en el espacio y el tiempo. La citocinesis en la mayoría de las bacterias requiere de la intervención de la proteína FtsZ, el ancestro procariótico de la tubulina, que se sitúa en el centro de la célula y desempeña un rol determinante en el reclutamiento de las proteínas necesarias para el ensamblaje del septo de división. Al igual que la tubulina, FtsZ es una GTPasa, capaz de polimerizar in vitro en protofilamentos dinámicos, que a su vez formarían estructuras de orden superior, tales como microtúbulos (MTs), haces y hojas de los mismos. Estudios previos de nuestro laboratorio evaluaron las propiedades eléctricas de haces y láminas de MTs de diversos orígenes, incluidos cerebros murinos, bovinos y de abeja. Los resultados confirmaron que estas estructuras generan espontáneamente oscilaciones eléctricas y ráfagas de actividad eléctrica similares a potenciales de acción. Si bien el comportamiento eléctrico de los MTs podría resultar clave en la función de las células eucariotas, se desconoce si un fenómeno semejante está presente en bacterias. En este contexto, el objetivo de este trabajo fue explorar la existencia de actividad eléctrica en láminas bidimensionales (2D) de FtsZ similares a las obtenidas con MTs de cerebro. A partir de un cultivo de Escherichia coli ATCC 25922, en fase de crecimiento activo, se procedió al aislamiento y posterior purificación de FtsZ por medio de la disrupción celular, seguida de sucesivas precipitaciones con (NH4)2SO4. A continuación, la proteína aislada se polimerizó en láminas 2D, ya sea en presencia de tampón de polimerización o en forma espontánea. Las propiedades eléctricas de los polímeros de FtsZ se determinaron por medio de la técnica de fijación de voltaje en parches de membranas (en inglés patch clamp), en ausencia de un gradiente químico (KCl 140 mM simétrico), obteniéndose sellos (n = 11) de alta resistencia del orden de los gigaohms (GΩ). Las láminas de FtsZ mostraron oscilaciones eléctricas de corriente, inducidas por cambios del potencial eléctrico, respondiendo en amplitud y dirección en función del gradiente eléctrico. El análisis de la transformada de Fourier señaló un comportamiento oscilatorio complejo, con frecuencias características a 12, 38, 45, 58 y 92 Hz, muy diferente al observado en estructuras poliméricas equivalentes constituidas por αβ-tubulinas. Esto podría estar asociado a las diferencias entre FtsZ y tubulina. El alineamiento local (blastp) de la secuencia aminoacídica de FtsZ de E. coli ATCC 25922 (AIL15935.1) con las tubulinas, indican una identidad del 23,08% con la cadena 7 de la β-tubulina de Bos taurus (cobertura de incógnita: 38%, E-valor: 0,0007) y del 22,50% con la cadena 2A de la β-tubulina de Mus musculus (cobertura de incógnita: 20%, E-valor: 0,006). En conclusión, el presente estudio demuestra que las láminas protofilamentarias de FtsZ son capaces de generar corrientes eléctricas oscilatorias que podrían ser de relevancia para el proceso de división celular y/o mecanismos de señalización aún desconocidos.