Insights into assembly of the type IVa pilus machine in Myxococcus xanthus

Typ IVa pili (T4aP) sind weiteverbreitete und vielseitige, bakterielle Zelloberflächen Strukturen, die zu Motilität, Adhesion, Biofilm Bildung und Virulenz beitragen. Ihrer Funktionsweise basiert auf der Eigenschaft Zyklen von Verlängerung/Adhäsion/Rückzug zu durchlaufen, die von einer Zellhülle...

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Main Author: Herfurth, Marco André
Contributors: Søgaard-Andersen, Lotte (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2023
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Typ IVa pili (T4aP) sind weiteverbreitete und vielseitige, bakterielle Zelloberflächen Strukturen, die zu Motilität, Adhesion, Biofilm Bildung und Virulenz beitragen. Ihrer Funktionsweise basiert auf der Eigenschaft Zyklen von Verlängerung/Adhäsion/Rückzug zu durchlaufen, die von einer Zellhülle umspannenden T4aP Maschine angetrieben werden. Der Aufbau der T4aP Maschine in Myxococcus xanthus erfolgt von außen nach innen und beginnt mit dem Einbau des secretins PilQ in die äußere Membran, welches dann periplasmatische Protein und Komponenten aus der inneren Membran und dem Zytoplasma rekrutiert. Zusätzlich initiiert ein Komplex aus Minor Pilinen und PilY1 die Verlängerung von T4aP und befindet sich ebenfalls an der Spitze des Pilus, wo der Komplex Adhäsion ermöglicht. Hier fokussieren wir uns auf den Aufbau der bipolaren T4aP Maschine in dem stäbchenförmigen Bakterium M. xanthus. Das Genom von M. xanthus codiert für drei Sätze von Minor Pilinen und PilY1. Hierbei haben wir festgestellt, dass eines dieser Gen Cluster ein nicht-kanonisches Cytochrom c enthält, welches wir TfcP genannt haben. Während TfcP ein unüblich niedriges Redox-Potential besitzt, welches eine Funktion im Stoffwechsel unwahrscheinlich macht, ist TfcP bedingt essenziell für T4aP abhängige Motilität, weil es die Akkumulation von PilY1.1 in Gegenwart von niedrigen Calcium Konzentrationen erlaubt. Wir schlagen vor, dass TfcP die Spanne an Calcium Konzentrationen, in denen PilY1.1 funktional ist, erweitert und dadurch dessen Funktion robuster gegeben über Änderungen in der Umwelt macht. Als nächstes untersuchen wir den Aufbau neuer T4aP Maschinen an den neuen Zellpolen nach der Zellteilung. Wir zeigen, dass PilQ während der Zytokinese an den entstehenden Polen rekrutiert wird, aber hauptsächlich nach Abschluss der Zytokinese an den neuen Polen rekrutiert wird. Diese Rekrutierung hängt von den peptidoglykanbindenden AMIN-Domänen von PilQ ab, und wir schlagen vor, dass dieser Mechanismus für Secretins mit AMIN-Domänen im Allgemeinen gilt. Darüber hinaus rekrutiert PilQ vorübergehend das Pilotin Tgl an den entstehenden und neuen Polen, was dann die Multimerisierung von PilQ in der äußeren Membran induziert. Wir vermuten, dass die vorübergehende Interaktion zwischen PilQ und Tgl durch die ungefaltete β-Lippe von PilQ vermittelt wird, die in die äußere Membran integriert ist. Zusätzlich haben wir herausgefunden, dass die Diguanyletcyclase DmxA für den symmetrischen Aufbau des T4aP-Mechanismus an den neuen Zellpolen nach der Zytokinese wichtig ist. In Abwesenheit von DmxA zeigen die Zellen eine fehlerhafte Zellpolarität und eine sehr heterogene polare Lokalisierung des T4aP-Machine. DmxA wird kurz vor Abschluss der Zytokinese von Komponenten des Divisoms an der Teilungsstelle rekrutiert und erhöht rasch den zellulären c-di-GMP-Spiegel. Wir vermuten, dass dieser Anstieg von c-di-GMP die symmetrische Bildung/Verteilung von polaren Landmarken an den neuen Zellpolen reguliert. Schließlich haben wir ein detailliertes Protokoll für die Anwendung des auf MiniTurboID basierenden Proximity Labelings in M. xanthus erstellt. Wir wenden dieses Protokoll auf den Regulator MglA an und nutzen das Proximity Labeling, um das bedingte Interaktom von MglA zu vergleichen.
Physical Description:234 Pages
DOI:10.17192/z2023.0678