A two-track model for the spatiotemporal coordination of bacterial septal cell wall synthesis revealed by single-molecule imaging of FtsW

金融时报 肽聚糖 人口 脂质Ⅱ 细胞分裂 细菌细胞结构 体内 细胞生物学 生物 化学 生物化学 细胞 遗传学 细菌 人口学 社会学
作者
Xinxing Yang,Ryan McQuillen,Zhixin Lyu,Polly J. Phillips‐Mason,Ana De La Cruz,Joshua W. McCausland,Hai Liang,Kristen E. DeMeester,Cintia C. Santiago,Catherine L. Grimes,Piet A. J. de Boer,Jie Xiao
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:6 (5): 584-593 被引量:70
标识
DOI:10.1038/s41564-020-00853-0
摘要

Synthesis of septal peptidoglycan (sPG) is crucial for bacterial cell division. FtsW, an indispensable component of the cell division machinery in all walled bacterial species, was recently identified in vitro as a peptidoglycan glycosyltransferase (PGTase). Despite its importance, the septal PGTase activity of FtsW has not been demonstrated in vivo. How its activity is spatiotemporally regulated in vivo has also remained elusive. Here, we confirmed FtsW as an essential septum-specific PGTase in vivo using an N-acetylmuramic acid analogue incorporation assay. Next, using single-molecule tracking coupled with genetic manipulations, we identified two populations of processively moving FtsW molecules: a fast-moving population correlated with the treadmilling dynamics of the essential cytoskeletal FtsZ protein and a slow-moving population dependent on active sPG synthesis. We further identified that FtsN, a potential sPG synthesis activator, plays an important role in promoting the slow-moving population. Our results suggest a two-track model, in which inactive sPG synthases follow the 'Z-track' to be distributed along the septum and FtsN promotes their release from the Z-track to become active in sPG synthesis on the slow 'sPG-track'. This model provides a mechanistic framework for the spatiotemporal coordination of sPG synthesis in bacterial cell division.

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