Presentations

Mechanical properties and conformational mobility of protein filaments of TubA/B2 and FtsZ in archaea and bacteria: study using molecular dynamics

Volkhin I.A., Fedorov V.A., Gudimchuk N.B.¹, Kovalenko I.B.

Biological faculty, Lomonosov Moscow State University

¹Faculty of physics, Lomonosov Moscow State University

Тубулины – семейство белков цитоскелета, формирующих микротрубочки в эукариотических клетках. В последние годы методом криоэлектронной микроскопии получено большое число пространственных структур белковых филаментов бактериальных и архейных гомологов белков-тубулинов, в частности белков FtsZ бактерий [1] и недавно открытых белков AtubA/B архей [2]. Метод полноатомной молекулярной динамики ранее показал свою эффективность в выяснении механизмов конформационной подвижности и механических свойств протофиламентов белков-тубулинов эукариот [3]. В данном исследовании мы применяем методы анализа нормальных мод и полноатомной молекулярной динамики для изучения конформационной подвижности и механических свойств филаментов белков FtsZ из бактерии Klebsiella pneumoniae и белков AtubA/B2 из археи Candidatus Lokiarchaeum ossiferum. В ходе исследования было рассчитано изменение углов Эйлера во времени, характеризующее подвижность молекул белков в составе филаментов друг относительно друга, а также выявлены основные направления изгиба филаментов белков FtsZ и AtubA/B2. Результаты были сравнены с полученными ранее данными для эукариотических тубулиновых протофиламентов. Данное исследование проливает свет на происхождение цитоскелета и эволюцию механизмов динамики микротрубочек.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-44-01015, https://rscf.ru/project/25-44-01015/

1. Fujita J, Amesaka H, Yoshizawa T, Hibino K, Kamimura N, Kuroda N, Konishi T, Kato Y, Hara M, Inoue T, Namba K, Tanaka SI, Matsumura H. Structures of a FtsZ single protofilament and a double-helical tube in complex with a monobody. Nat Commun. 2023 Jul 10;14(1):4073. doi: 10.1038/s41467-023-39807-5. PMID: 37429870; PMCID: PMC10333351.

2. Wollweber F, Xu J, Ponce-Toledo RI, Marxer F, Rodrigues-Oliveira T, Pössnecker A, Luo ZH, Malit JJL, Kokhanovska A, Wieczorek M, Schleper C, Pilhofer M. Microtubules in Asgard archaea. Cell. 2025 May 1;188(9):2451-2464.e26. doi: 10.1016/j.cell.2025.02.027. Epub 2025 Mar 21. PMID: 40120574.

3. Fedorov VA, Orekhov PS, Kholina EG, Zhmurov AA, Ataullakhanov FI, Kovalenko IB, et al. (2019) Mechanical properties of tubulin intra- and inter-dimer interfaces and their implications for microtubule dynamic instability. PLoS Comput Biol 15(8): e1007327. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007327

• abstract in Russian (PDF)