Durch die Polarisierung verschiedener Determinanten des Zellschicksals an entgegengesetzten Zellpolen ist die asymmetrische Zellteilung (ACD), die unterschiedliche Tochterzellen produziert, ein evolutionär konservierter Mechanismus, um zelluläre Diversität sowohl in Eukaryoten als auch in Prokaryoten zu erzeugen.
Die Polarisierung der Scaffold-Signaling Hubs an Zellpolen bildet die Grundlage von ACD. Die biomolekulare Grundlage und der regulatorische Mechanismus der polaren Signalkomplexe waren jedoch weitgehend unklar.
Kürzlich schlug ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Zhao Wei vom Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften vor, dass das polare Organellen-Entwicklungsgerüstprotein PodJ im neuen Zellpol biomolekulare Kondensate mit physiologischen Funktionen durch Phasentrennung bildet , die helfen, die Asymmetrie von Bakterienzellen herzustellen und zu regulieren.
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturkommunikation am 23. Nov.
Als etabliertes Modell zur Untersuchung bakterieller ACD produziert Caulobacter crescentus während jedes Zellzyklus eine bewegliche Schwärmerzelle und eine sessile Stielzelle. Im Zellstadium vor der Teilung koordiniert die Polarisierung von Neupol-Signalproteinen durch das Gerüst PodJ, um die Phosphorylierungsniveaus einer Reihe nachgeschalteter Signalproteine zu modulieren, wodurch das Zellschicksal von C. crescentus bestimmt wird.
Die Forscher fanden heraus, dass die Phasentrennung eine wesentliche Rolle bei der Anordnung des C. crescentus PodJ-Signalisierungshubs spielt. PodJ bildete sowohl in vitro als auch in vivo biomolekulare Kondensate. Entweder die Coiled-Coil-Region 4–6 oder die intrinsisch ungeordnete Region in PodJ könnte die PodJ-Phasentrennung vermitteln. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass beide mit der Phasentrennung zusammenhängenden Domänen an der Rekrutierung von Client-Signalproteinen beteiligt sind, was darauf hinweist, dass die Phasentrennung von PodJ funktionell zur Bildung der PodJ-Client-Komplexe beiträgt.
Darüber hinaus wurde eine negative Regulation der PodJ-Phasentrennung durch das Old-Cell-Pol Scaffold-Protein SpmX beobachtet. SpmX hemmte die Bildung von PodJ-Kondensat und förderte die Alterung von PodJ-Kondensat in vitro. In lebenden Zellen wurde festgestellt, dass SpmX die Zellpol-Akkumulation von PodJ und die Kundenrekrutierung behindert, was darauf hindeutet, dass es an der Umgestaltung von neuen zu alten Zellpolen beteiligt sein könnte.
„Die Ergebnisse zeigten, dass die Phasentrennung den Aufbau und die Dynamik von Scaffold-Signaling Hubs in C. crescentus moduliert“, sagte Prof. Zhao Wei, korrespondierender Autor der Studie. „Es könnte als allgemeiner biophysikalischer Ansatz zum Aufbau von Gerüstsignalkomplexen und zur Regulierung von ACD dienen. Ähnliche Methoden könnten für die rationale Konstruktion künstlicher Organellen und anderer membranloser biokatalytischer Kompartimente eingesetzt werden.“
Mehr Informationen:
Wei Tan et al, Phasentrennung moduliert die Anordnung und Dynamik eines polaritätsbezogenen Gerüstsignalisierungshubs, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35000-2