Caulobacter crescentus:
ciclo cellulare
La replicazione cellulare tramite
“divisione ineguale” è la norma in C. crescentus
Il C. crescentus: un modello batterico di
differenziamento cellulare
PleC e DivJ sono proteine sensori parte di
sistemi di regolazione a due componenti
(Regolatori di risposta: DivK e PleD)
1
2
3 4 5
DivJ
DivK(-P)
PleC
PleD(-P)
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Autofosforilazione di DivJ (1-2) e di PleC (3-4) e
fosforilazione DivJ-dipendente di PleD (5-6)
1
Funzione di DivK e PleD
Importanza dei sistemi PleC/PleD e
DivJ/DivK
• Proteine regolatrici di risposta in sistemi a due
componenti
• Non coinvolte direttamente in regolazione della
trascrizione
• PleD appartiene alla famiglia GGDEF ed è una di-cGMP-sintasi
Mutazioni nei sistemi a due
componenti pleC/pleD e/o in
divJ/divK risultano nella perdita
dell’organizzazione del ciclo
cellulare e della divisione
cellulare in C. crescentus
• DivK trasduce il segnale (trasferisce il gruppo fosfato) ad
altri fattori coinvolti nel ciclo cellulare
La localizzazione polare delle proteine sensore è
la chiave del processo di divisione cellulare
Divisione ineguale in tutto e per tutto…..
Riposizionamento di PleC al polo della
Fosforilazione
Sintesi
di PleD
del
peduncolo e inizio
cellula
figlia
e completamento
della
e posizionamento
della cellulare
divisione
di DivJcellulare
divisione
PleC
PleD-P
Le cellule derivanti
dalla divisione
cellulare hanno
densità cellulare
differente
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La localizzazione polare di diverse proteine
(componenti di TCRS) è un processo chiave
della duplicazione cellulare
CtrA: un regolatore fondamentale nella
divisione cellulare
Proteine marcate con un reporter
visualizzabile (Green Fluorescent
Protein) possono essere seguite
nella loro localizzazione cellulare
La presenza di CtrA inibisce la replicazione del DNA
La concentrazione di CtrA viene
regolata a diversi livelli
Regolazione trascrizionale
p1 p2
1) Regolazione trascrizionale
ctrA
GA-meTC
CTme-AG DNA rep.
GA
TC
CTme-AG
GA-meTC
CT
AG
2) Compartimentazione
3) Proteolisi differenziata per compartimento
Promotore 1: attivo solo se emi-metilato
(Solo al momento della replicazione del DNA)
3
L’espressione di CtrA è finemente
sincronizzata con la replicazione del DNA
L’espressione di CtrA è finemente
sincronizzata con la replicazione del DNA
Emimetilazione
Promotore attivo
Metilazione di p1 p1 p2
(inattivazione)
ctrA
CtrA
P
CtrA
CtrA
p1 p2
CtrA
CtrA
ctrA
CtrA
CtrA
P
CtrA
CtrA
CtrA
CckA
CcrM
(metil-trasferasi)
ClpXP proteasi
ccrM
Il fato di CtrA è diverso nelle cellule
ST e SW
“Invecchiamento” nelle cellule ST
Accumulo di CtrA
Degradazione di CtrA
dipendente dalla
proteasi ClpXP
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Il C. crescentus come modello di
sviluppo cellulare
• “Maturazione” (transizione swarmer>stalked)
Referenze
http://caulobacter.stanford.edu/shaplab/
McGrath et al., Curr. Opinion Microb., 7:192-197 (2004)
• Divisione ineguale (differenziamento cellula
madre/cellula figlia)
McAdams and Shapiro, Science 301:1874-1877 (2003)
Aldridge et al., Mol. Microbiol. 47:1695-1708 (2003)
• Inefficienza crescente a nuovi eventi di
duplicazione nella cellula stalked
La variazione di fase
La variazione di fase consiste in mutazioni ad alta
frequenza o riarrangiamento di una regione del
DNA che porta ad uno switch nell’espressione di un
determinato gene (ON/OFF) o all’espressione di
varianti alleliche di una proteina
Paul et al., Genes Develop. 18:715-727 (2004)
La variazione di fase
Batteri fimbriati e non fimbriati
possono coesistere all’interno di
una stessa popolazione clonale
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La variazione di fase: eventi a livello molecolare
La variazione di fase: eventi a livello molecolare
+
-
-
Regione invertibile
(341 bp)
Regione invertibile
(314 bp)
Sempre piu’ difficile: un sistema di variazione
di fase regola la produzione di due tipi diversi
di flagello in Salmonella typhi
Tipo 1
Tipo 2
La variazione di fase è modulata da
regolatori globali
Le regioni soggette a
variazioni di fase sono degli
hot-spot per la
ricombinazione omologa,
grazie alla presenza delle
sequenze IR e di una insolita
struttura locale
IR Seq.
La presenza di Lrp nel
complesso
nucleoproteico che porta
alla variazione di fase
risponde alla presenza di
leucina
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