Characterization of CdbS, a PilZ domain protein involved in chromosome organization and segregation during heat shock stress in Myxococcus xanthus

Der weitverbreitete sekundäre Botenstoff c-di-GMP reguliert eine große Vielfalt an zellulären Prozessen in Bakterien, die typischerweise mit Veränderungen im Lebensstil einhergehen. Kürzlich identifizierten wir das DNS-bindende Protein CdbA als Verbindung zwischen c-di-GMP und der Organisation und Segregation des Chromosoms in Myxococcus xanthus. CdbA ist essenziell und bindet entweder DNS oder c-di-GMP. Zusätzlich zeigten wir, dass CdbA an über 500 Stellen des M. xanthus Chromosomes bindet, aber nur wenig Einfluss auf die transkriptionelle Genregulation hat. Anhand dieser Beobachtungen charakterisierten wir CdbA als Nukleoid-assoziiertes Protein (NAP), dessen Aktivität durch c-di-GMP reguliert wird. Die meisten NAPs sind nicht essenziell und um die Unentbehrlichkeit von CdbA zu verstehen, haben wir Suppressor-Mutanten isoliert. Von acht Suppressor-Mutanten zeigten sieben eine Mutation in einem Genlokus, der für ein PilZ Domäne Protein codiert, welches wir CdbS genannt haben. Weitere Ergebnisse zeigen, dass der Funktionsverlust von cdbS den CdbA Depletionsphänotypen unterdrückt. Der Verlust von CdbS in der Anwesenheit von CdbA führte zu keinem wahrnehmbaren Defekt, während der Verlust von CdbA zu einem erhöhten Proteinlevel an CdbS führte, was aber nicht auf erhöhter Transkription basierte. Die cdbS Überexpression führte zu demselben Phänotyp wie der Mangel an CdbA. Diese Beobachtungen befürworten, dass der Effekt der CdbA Depletion auf der Überproduktion von CdbS beruht. In vitro bindet CdbS c-di-GMP, aber die Aktivität von CdbS in vivo ist davon unabhängig. Um die Funktion von CdbS zu verstehen, haben wir ein Pull-down Experiment durchgeführt, um potentielle Interaktionspartner von CdbS zu identifizieren. Fünf der signifikant angereicherten Protein sind mit der Proteinfaltung assoziiert, darunter Csdk1 und Csdk2, zwei PilZ-Hsp70 Proteine, und Homologe von DnaJ und GrpE. Wir zeigen hier, dass Csdk1 und Csdk2 in der Abwesenheit von CdbA hochreguliert werden und dadruch CdbS auf einem erhöhtem Level akkumuliert. Zuletzt zeigen wir, dass CdbS in Abhängigkeit von CsdK1 und CsdK2 während des Hitzestresses wirkt und den Zelltod beschleunigt. Zusammenfassend unterstützen unsere Daten ein Model, in dem CdbS durch die Depletion von CdbA oder durch Hitzestress auf einem erhöhten Level akkumuliert, um die Störung der Organisation und Segregation des Chromosoms zu befördern. Dies führt zur Inhibierung der Zellteilung und verursacht den Zelltod. Wir spekulieren, dass das CdbA/CsdK1/CsdK2/CdbS System durch ein c-di-GMP Signal reguliert sein könnte. Der Botenstoff könnte die DNS-Bindung von CdbA verändern und dadurch das zelluläre CdbS Level steuern. Zuletzt diskutieren wir, dass dieses System, wenn es fehlerhaft oder übermäßig aktiviert wird, einen schädlichen Effekt die die Lebensfähigkeit hat.