Characterization of the role of MrpC in Myxococcus xanthus developmental cell fate determination

Myxococcus xanthus ist ein exzellentes Modelsystem für multizelluläres prokaryotisches Verhalten und Gram-negative Differenzierung. Unter nahrungslimitierenden Bedingungen beginnt die Population ein komplexes multizelluläres Entwicklungsprogramm in welchem sich die Zellen in mindestens drei verschiedene Zelltypen differenzieren können: Sporulation in multizellulären Fruchtkörpern; Differenzierung in eine Art Dauerform names „Periphere Stäbchen“ und Zelllyse. Ein vierter, weniger verstandener Zelltyp namens „Zellcluster“ wird ebenfalls vermutet. Das hungerinduzierte Entwicklungsprogramm ist durch temporale und spatiale Expression von spezifischen Genen streng reguliert. Einer dieser Regulatoren heißt mrpC, welcher einen wichtigen Transkriptionregulator in der Entwicklung kodiert. Wir nehmen an, dass MrpC, welches für die Induktion von Aggregation und Sporulation wichtig ist und in die Zelllyse involviert sein soll, als Masterregulator für die Zelltypbestimmung verantwortlich sein könnte. Es wurde gezeigt, dass MrpC in entwicklungsbedingten Subpopulation unterschiedlich akkumuliert und dass die Fehlakkumulation dieses Proteins in gestörter Zelltypsegregation resultiert. MrpC ist sehr genau reguliert. Es wurde bereits vorgeschlagen, dass MrpC seine eigene Expression positiv reguliert. Die Transkriptionsaktivität von MrpC ist vermutlich reguliert – MrpC wird durch Phosphorylierung deaktiviert und durch proteolytische Prozessierung zu der kürzeren Isoform MrpC2 aktiviert. In der vorgestellten Arbeit habe ich die Regulation des Transkriptionsfaktors MrpC mit Hilfe von genetischen und fluoreszenten Techniken untersucht und meine Daten deuten an, dass MrpC seine eigene Transkription negativ reguliert. Meine Analysen zeigten ebenfalls, dass die unterschiedlichen Akkumulationsmuster des MrpC Proteins in den entwicklungsbedingten Subpopulationen nicht auf Unterschiede in der Transkription oder Translation zurückzuführen sind, sondern wahrscheinlich durch Proteinabbau in der aggregierten Zellpopulation entstehen. Mit Hilfe von genetischen und biochemischen Methoden habe ich die zwei bekannten aktiven Formen von MrpC untersucht. Meine detaillierten in vivo Analysen zeigten, dass die bereits veröffentlichten Ergebnisse aus in vitro Studien neu bewertet werden müssen um einer Isoform von MrpC eine biologische Rolle zuordnen zu können. Mit Hilfe von fluoreszenten Reporterkonstrukten der Promotoraktivität, habe ich die Expression verschiedener Gene in einzelnen Zellen der entwicklungsbedingten Subpopulationen bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass Ziele von MrpC nicht dem Akkumulationsmuster von MrpC folgten. Des Weiteren konnten Subpopulationen nicht auf Grund von Zelltyp-spezifischen Transkriptionsmarkern oder Chromosomenstatus unterschieden werden. Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Regulation des Schlüsselregulators MrpC, welche von den bereits veröffentlichten abweicht. Sie stellt ein Gerüst für die Aufarbeitung des vorgeschlagenen Models der komplexen MrpC Regulation und wie diese zu verschieden Zellschicksalen führen kann, dar.