Regulation of motility and polarity in Myxococcus xanthus

M. xanthus Zellen besitzen zwei unabhängige Systeme um sich fortzubewegen: das A-(adventurous)-System, und das S-(social)-System. Zellen, die sich mit dem S-System fortbewegen benötigen Typ-4-Pili, wahrend Zellen, die sich mit dem A-System fortbewegen von Adhesionskomplexen und deren MotAB Motorproteinen angetrieben werden. Weiterhin können M. xanthus Zellen die Bewegungsrichtung umkehren, die durch eine Umkehrung der Polarität der beiden Fortbewegungssysteme begleitet wird. Zellumkehrungen werden durch das Frz chemosensorische System ausgelöst, welches oberhalb der kleinen GTPase, MglA und dem zugehörigen GTPase aktivierenden Protein, MglB wirkt. MglA und MglB lokalisieren an gegenüberliegenden Zellpolen während sich eine Zelle fortbewegt, und definieren den vorderen Pol (MglA) und den hinteren Pol (MglB). Die Proteine MglA und MglB interagieren direkt miteinander. In dieser Studie konnten wir ermitteln, welche Aminosäuren von MglB für die MglA/MglB Interaktion erforderlich sind. Darüber hinaus konnten wir zeigen dass die Hemmung der MglA/MglB Interaktion die MglA GTPase-Aktivität und die Lokalisation von MglB beeinflusst. Ähnlich dem MglA/MglB System ist der Antwortregulator RomR für die Fortbewegung und Zellumkehrungen in M. xanthus erforderlich. RomR lokalisiert bipolar asymmetrisch mit einem großen Cluster am hinteren Zellpol. Frühere Studien zu RomR schlugen ein Model vor, in dem RomR ausschließlich das A-System reguliert. Im Gegensatz dazu fanden wir, dass RomR für beide Fortbwegungssysteme erforderlich ist, was darauf hindeutet, dass es stromaufwärts von beiden Fortbwegungssystemen agiert. Weiterhin zeigen wir, dass die RomR Lokalisierung nicht von Proteinen des A-Systems abhängt. Im Einklang damit fanden wir, dass RomR direkt mit MglA und MglB interagiert. Außerdem beeinflussen RomR, MglA und MglB ihre Lokalisierung gegenseiteig, was nahe legt, dass RomR die Fortbwegung stimuliert mittels Förderung der korrekten Lokalisation von MglA und MglB und im speziellen durch MglA/RomR und MglB/RomR Komplexe an entgegengesetzten Polen. Außerdem deuten die Lokalisierungsanalysen darauf hin, dass die beiden RomR Komplexe sich gegenseitig von den Polen ausschließen. Weiterhin zeigten wir, dass RomR mit FrzZ, dem Response-Regulator der als Ende der Signalkette des Frz chemosensorischen Systems wirkt, interagiert um Zellumkehrungen zu regulieren. Somit dient RomR als Schnittstelle, um eine klassisches bakterielles Signal-Modul (Frz) mit einem klassischen eukaryotischen Polaritätsmodul (MglA/MglB) zu verbinden. Dieser modulare Aufbau wird durch die phylogenetische Verteilung der Proteine unterstützt, und deuted auf folgendes evolutionäres Model hin: RomR wurde dem MglA/MglB Polaritätsmodul zugefügt um die Zellpolarität zu regulieren gefolgt von der Integration des Frz-Systems um die Zellpolarität dynamisch zu regulieren. Zudem besitzt RomR ein konserviertes Aspartat in seiner Empfänger-Domäne, welches für die Aktivierung durch Phosphorylierung erforderlich ist. Da bisher keine Phosphorylierung von RomR durch FrzE gezeigt werden konnte, wurden weitere phylogenetische Studien durchgeführt, um das erforderliche Protein für die RomR Aktivierung zu finden. Mittels bioinformatischer Analysen wurden zwei neue unbekannte Proteine gefunden, RomX und RomY, mit einer ähnlichen phylogenetischen Verteilung wie RomR. Wir zeigten, dass beide Proteine an der Fortbwegung von M. xanthus beteiligt sind und dass RomX sich in Bezug auf Phänotyp und Lokalisierung ähnlich verhält wie RomR. Wir schlagen vor, dass RomX und RomY zusammen mit RomR, MglA und MglB eine Rolle bei der Regulierung der Fortbewegung spielen könnten, und möglicherweise zusätzlich bei der RomR Aktivierung.