Regulation of type IV pili formation and function by the small GTPase MglA in Myxococcus xanthus

Die stäbchenförmigen Zellen von Myxococcus xanthus bewegen sich durch zwei Motilitätssysteme entlang ihrer Längsachse fort. Abenteuerliches Gleiten („adventurous gliding“) ist abhängig von den Agl/Glt Komplexen, die am führenden Zellpol zusammengebaut werden, sich an das Substrat anheften und am nachfolgenden Zellpol abgebaut werden. Soziale Motiliät ist auf Typ 4 Pili (T4P) angewiesen, die am führenden Zellpol lokalisieren. T4P sind in der Zellhülle verankert und ziehen die Zellen durch einen Kreislauf aus Extension, Oberflächenanheftung und Retraktion nach vorne. Dieser Prozess wird durch den T4P Apparat angetrieben, der aus zehn Proteine besteht und sich über die äußere Membran, das Periplasma, die innere Membran sowie das Zytoplasma erstreckt. Die meisten dieser Proteine bilden unbewegliche Komplexe an den zwei Polen, während die zwei ATPasen PilB und PilT hauptsächlich am führenden beziehungsweise am nachfolgenden Zellpol lokalisieren. M. xanthus Zellen halten gelegentlich an und bewegen sich anschließend in die entgegen entgegengesetzte Richtung weiter. Diese Zellumkehrungen werden durch das Frz chemosensorische System reguliert. Während dieser Umkehrung wird der ehemalig nachfolgende Zellpol zum neuen führenden Pol und andersherum und die zwei Mobilitätssysteme stellen ihre Polaritäten um. Nach der Zellumkehrung werden T4P am neuen führenden Pol gebildet. Folglich können T4P an beiden Zellpolen gebildet werden, aber sind stets nur ein an einem der beiden Pole zu finden. Der Mechanismusm, der zur einpoligen Ausbildung von T4P während der Bewegung der Zelle führt, ist nicht bekannt. Die kleine GTPase MglA ist essentiell für die Fortbewegung von M. xanthus. MglA zirkuliert zwischen dem inaktiven MglA-GDP Zustand und dem aktiven MglA-GTP Zustand, der unentbehrlich für die Fortbewegung ist. MglA wird durch den RomR/RomX Komplex aktiviert, der die Aktivität eines Guanin-Nukleotid-Faktor besitzt, und durch das GTPase aktivierende Protein MglB gehemmt. Während sich MglA-GTP meistens am führenden Zellpol befindet, lokaliseren MglB und der RomR/RomX Komplex bipolar und asymmetrisch mit einem großen Cluster am nachfolgenden Zellpol. RomR/RomX rekrutiert MglA-GTP zum führenden Pol während MglB MglA-GTP vom nachfolgenden Pol ausgrenzt, indem es MglA-GTP zu MglA-GDP umsetzt. Von diesen Proteinen ist nur MglA essentiell für T4P-abhängiger Motilität, wobei hier die genaue Funktion von MglA noch unbekannt ist. Unsere Ergebnisse zeigen, dass MglA-GTP die Bildung und Funktion von T4P stimuliert, während MglB die Einpolarität von T4P durch Ausschluss von MglA-GTP vom nachfolgenden Zellpol gewährleistet. Außerdem identifizieren wir das Protein SgmX mit TPR-Domäne und zeigen, dass es eine wichtige Rolle bei der Bildung von T4P übernimmt. Epistase-Analysen unterstützen die Vermutung, dass MglA-GTP und SgmX im selben genetischen Signalweg beteiligt sind, wobei SgmX nach MglA-GTP agiert. In vitro Untersuchungen befürworten eine direkte Interaktion zwischen SgmX und MglA-GTP. SgmX stimuliert zudem die polare Anreicherung der ExtensionsATPase PilB. Anhand dieser Ergebnise schlagen wir ein Modell vor, in dem MglA-GTP durch direkte Interaktion mit SgmX den Zusammenbau von T4P stimuliert. SgmX wiederum interagiert mit PilB, um die Extension von T4P anzuregen.