武汉大学生命科学学院杜世燊教授团队的文章“ZapA uses a two‐pronged mechanism to facilitate Z ring formation in Escherichia coli”已在mLife 正式上线。该研究团队以大肠杆菌为模型，研究细菌分裂环支架Z环的形成机制，发现FtsZ结合蛋白ZapA 同时结合FtsZ的N-端基序及纤维中相邻 FtsZ 亚基之间的连接处，拉直FtsZ纤维并促进其交联形成Z环，进而提出了 ZapA 采用双管齐下机制促进Z环形成的新模型。

细胞分裂是微生物最基本的生命活动，大多数细菌依赖微管样蛋白FtsZ进行二分裂。在细胞将要分裂时，FtsZ在细胞中部聚合形成一个被称为Z环的环状结构，并进行分裂体（divisome）的组装。随后，Z环引导分裂体进行隔膜细胞壁的合成，将细胞一分为二。ZapA 是一种十分保守的 FtsZ 结合蛋白（Zaps），通过形成四聚体促进 FtsZ 纤维交联。在缺失ZapA的细胞中，FtsZ难以形成紧密有序的Z环结构，从而导致分裂缺陷。然而，ZapA 与 FtsZ 相互作用的关键位点仍然未知，因此其促进 Z 环形成的机制仍不明确。

通过遗传学、生物化学及细胞生物学等多种手段，该研究发现ZapA 四聚体同时结合FtsZ的保守N-端基序及纤维中相邻 FtsZ 亚基之间的连接处，其中，ZapA的二聚体头部结构域与FtsZ亚基的连接处结合，一个凹槽能够结合FtsZ的N-端基序。研究还发现ZapA 倾向于结合FtsZ纤维，而不与单体状态的 FtsZ 结合，说明 ZapA 利用 FtsZ 的聚合动力学调节与 FtsZ 纤维的相互作用。

基于上述发现，该研究构建了FtsZ-ZapA 复合物的分子对接模型，并提出 ZapA 采用双管齐下的机制促进Z环形成的新模型：ZapA四聚体抓住FtsZ的 N 端基序，并且识别纤维中FtsZ聚合界面形成的特定构象，从而促进FtsZ亚基之间的纵向相互作用，使纤维变得更加笔直；同时，ZapA四聚体通过两个二聚体头部结合一对平行的FtsZ纤维，将其交联在一起。通过这种互作方式，ZapA 像订书钉一样同时拉直和交联平行的FtsZ纤维，高效地促进 Z 环形成（图1）。

此外，该研究还发现，过表达 ZapA 导致 FtsZ 纤维的组织紊乱，使其无法形成凝聚和稳定的 Z 环，进而导致细胞分裂受阻。

图1  ZapA 拉直和交联 FtsZ 纤维的作用机制模型。(A) ZapA作用机制的示意图；(B) FtsZ-ZapA 复合体的分子对接模型

综上所述，该研究揭示了高度保守的FtsZ交联蛋白ZapA与FtsZ相互作用的分子机制，提出了ZapA 通过双管齐下的机制交联 FtsZ 纤维并影响纤维的曲率，进而促进Z环的形成。该研究为理解Z 环中FtsZ 纤维的组织形式提供了新的见解，对细菌细胞生物学及抗菌药物研发具有广泛意义。

引用本论文： Cui Y, Gong H, Yan D, Li H, Yang W, Li Y, et al. ZapA uses a two‐pronged mechanism to facilitate Z ring formation in Escherichia coli. mLife. 2025;4:602–622.

原文链接：

https://doi.org/10.1002/mlf2.70037