The ParA-like protein AgmE positively regulates cell division in Myxococcus xanthus

Table of Contents: In Bakterien ist die korrekte Positionierung der Zellteilungsebene eine Voraussetzung für die Entstehung von Tochterzellen mit einer normalen Chromosomenanzahl und einer definierten Zelllänge. Alle bis jetzt bekannten bakteriellen Systeme, welche einen Einfluss auf die Lage der Zellteilungsebene haben, begrenzen die Ausbildung des zytokinetisches FtsZ-Ringes auf die Zellmitte. Myxococcus xanthus gehört zu den δ-Proteobakterien und vermehrt sich mittels binärer Zellteilung. Die genauen Mechanismen, welche die korrekte Positionierung der Zellteilungsebene gewährleisten, sind jedoch nicht bekannt. Vielmehr ist M. xanthus bis jetzt stets wegen seines komplexen Lebenszykluses und seiner gleitenden Zellmotilität von wissenschaftlichem Interesse gewesen. M. xanthus verfügt über zwei Motilitätssysteme, das sogenannte social S- und das adventurous A-Motilitätssystem. Wahrend der Analyse des adventurous gliding motility protein E (AgmE), welches zu der ParA/Soj ATPase Familie gehört, stellte sich heraus, dass eine „in frame“ Deletion des agmE Gens in der Bildung von filamentösen Zellen und chromosomenfreien Minizellen resultiert. Es konnte festgestellt werden, dass weder die Chromosomenreplikation noch die –segregation in ΔagmE Mutanten eingeschränkt ist. Ferner zeigen Zellen mit einer ΔagmE Mutation weniger Zellteilungen, die darüber hinaus meist nicht in der Zellmitte stattfinden. Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass AgmE eine zentrale Rolle während der Zellteilung und der Positionierung der Zellteilungsebene in der Mitte der Zelle einnimmt. Folglich wurde die Lokalisation von FtsZ untersucht. In Wildtypzellen lokalisiert FtsZ in kleineren Zellen, wie sie vorwiegend im frühen Stadium im Zellzyklus auftreten, mit einem punktartigen Muster, wohingegen FtsZ in größeren Zellen, d.h. zu einem späteren Zeitpunkt im Zellzyklus, in der Zellmitte lokalisiert. Im Gegensatz dazu zeigt FtsZ in ΔagmE Mutanten ein punktartiges Lokalisationsmuster unabhängig von der Zelllänge oder des Zellzykluses. Wir nehmen daher an, dass AgmE für die richtige Lokalisation von FtsZ benötigt wird. Demzufolge könnte AgmE sowohl einen positiven als auch einen negativen Einfluss auf FtsZ ausüben. Für die positive Regulation wäre das Dirigieren von FtsZ in die Zellmitte oder die Stabilisierung des zytokinetischen FtsZ-Ringes durch AgmE denkbar. Eine negative Regulation könnte durch das Verhindern der Bildung des zytokinetischen FtsZ-Ringes an den Zellpolen ermöglicht werden. Um diese verschiedenen Annahmen zu verifizieren, wurde die Lokalisation von AgmE untersucht. AgmE zeigte drei typische Lokalisationsmuster, welche mit der Zelllänge und damit dem Zellzyklus korrelierten. In kleineren Zellen ist AgmE ungleichmäßig verteilt, mit zunehmender Zellgröße hingegen lokalisiert AgmE als ein einzelner Focus in der Nähe der Zellmitte. Sobald die Zellen eine bestimmte Zelllänge erreicht haben, lokalisiert AgmE in der Zellmitte. Genetische Daten weisen darauf hin, dass die zellzyklusabhängige Lokalisation von AgmE auf seine ATPase Aktivität zurückzuführen ist. Die Lokalisation von AgmE in der Zellmitte impliziert, dass AgmE entweder einen positiven Einfluss auf die FtsZ Lokalisation oder die Stabilisierung des zytokinetischen Rings hat. Um diese beiden Effekte voneinander abgrenzen zu können, wurden Kolokalisationsstudien durchgeführt. Diese Untersuchungen zeigten, dass FtsZ und AgmE in der Zellmitte kolokalisieren. Interessanterweise zeigten einige Zellen eine Lokalisation von AgmE in der Zellmitte trotz Abwesenheit von einer FtsZ Lokalisation in der Zellmitte. Darüber hinaus zeigten zusätzliche Experimente, dass AgmE direkt mit FtsZ in vitro interagiert. Auf Grundlage des Lokalisationsmusters von AgmE und der Beobachtung, dass AgmE kurz vor der Ankunft von FtsZ in der Zellmitte lokalisiert, stellen wir die Behauptung auf, dass AgmE ein neuer Zellteilungsregulator ist, welcher einen positiven Einfluss auf FtsZ hat, indem er FtsZ zur Zellmitte dirigiert.