蛋白质聚集在大肠杆菌中的定位受扩散和类核大分子拥挤效应控制

Anne-Sophie Coquel公司,Jean-Pascal雅各布,梅尔·普雷特,爱丽丝·德马雷斯,玛丽埃拉·迪米科利,托马斯·巨洛,莱昂内尔·莫桑,阿里尔·林德纳和拥抱浆果

PLOS计算生物学2013年，第9卷，第4期，1-14

摘要：错误折叠蛋白质的聚集是许多与年龄相关疾病的标志。最近，它们被认为与大肠杆菌（E.coli）的老化有关，大肠杆菌的蛋白质聚集体聚集在老化细菌的旧极点区域。由于大肠杆菌作为模式生物的潜力，阐明这种细菌的衰老和蛋白质聚集可能为我们在全球范围内对衰老的理解铺平道路。沿着这条道路的第一个障碍是破译蛋白质聚集体靶向特定细胞间位置的机制。在这里，使用基于个性化建模、延时荧光显微镜和自动图像分析的综合方法，我们表明大肠杆菌中与aging-相关的蛋白聚集体的运动是纯扩散的（布朗）。使用活大肠杆菌细胞中蛋白质聚集体的单粒子追踪，我们估计了聚集体的平均大小和扩散常数。我们的结果证明，聚集体在细胞内被动扩散，扩散常数取决于其大小，符合斯托克斯-爱因斯坦定律。然而，沿着细胞长轴的聚集位移被限制在一个大致对应于细胞极中无核素空间的区域，从而证实了核仁中大分子拥挤增加的重要性。因此，我们使用基于3D个体的建模来表明，这三种成分（核仁中的扩散、聚集和扩散阻碍）足以且必要地重现细胞中聚集定位的可用实验数据。综上所述，我们的结果有力地支持了这样一个假设，即大肠杆菌极点中aging-related蛋白聚集体的定位是被动扩散聚集与空间非均匀大分子拥挤耦合的结果。它们进一步支持了“软”细胞内结构（基于大分子拥挤）在大肠杆菌中基于扩散的蛋白质定位中的重要性。作者简介：蛋白质在细菌内特定位置的定位对一些生理过程至关重要，包括染色体组织、趋化性或细胞分裂。由于细菌细胞不具有内部亚室（例如细胞器）或基于囊泡的分选系统，细菌中的蛋白质定位必须依赖于其他机制。在许多情况下，这些机制的性质仍有待阐明。最近，在大肠杆菌中，错误折叠的蛋白质聚集体在细胞的两极或中心的定位与衰老有关。然而，控制蛋白质聚集体定位的分子机制仍然存在争议。为了识别这些机制，我们设计了一种综合策略，将创新的实验和建模方法相结合。我们的结果显示了核仁中大分子拥挤增加的重要性，核仁是细菌染色体优先浓缩的细胞区域。他们指出，聚集物流动性的纯扩散模式与核仁闭塞相结合是其在极性和中间细胞位置聚集的基础。

日期：2013
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