Caulobacter crescentus
Caulobacter vibrioides Caulobacter vibrioides . Caulobacter vibrioidesCaulobacter vibrioides (ANC. Caulobacter crescentus ) egy faj a baktérium Gram-negatív élő vízi környezetekben, mint például a tavak és folyók. Ez egy oligotróf baktérium,amely szennyezett élőhelyeken képes növekedni, köszönhetően az átmenetifémekkel szembeni ellenálló képességű géneknekés az oxidatív stresszeknek .
Ez a baktérium két nagyon különböző formában jelenik meg: egy nem replikatív mobil forma a flagellumnak köszönhetően és egy rögzített replikatív forma, amelyhez egy kocsány tartozik. Míg a mobil forma lehetővé teszi a tápanyagok terjesztését és keresését, addig a fix forma a replikáció helye. Ha a körülmények kedvezőek, a mobil forma differenciálódik a rögzített forma felé, hogy aszimmetrikusan és polarizáltan osztódjon: egy rögzített anyasejt ezután rögzített leánysejtre és mobil leánysejtre oszlik.
A C. vibrioides modellt alkalmazzák a prokarióta sejtciklus , az aszimmetrikus osztódás és a sejtdifferenciáció szabályozásának vizsgálatában . A kocsány a csatolt sejtnek egy bizonyos tulajdonságot, adhéziót ad, amely poliszacharid szerkezetű makrogolekulákat tartalmaz, amelyeket adhezineknek nevezünk .
A Caulobacter crescentus két törzsből áll : az eredeti CB15 törzsből és a NA1000 laboratóriumban használt törzsből. Az NA1000 a CB15-ből származó törzs, amely a laboratóriumi környezet által kiváltott szelekciós nyomással társul. A genom méretét tekintve a CB15 törzs 4,02 megabázis , az NA1000 törzs pedig 4,04 megabázis. A két törzs genetikailag különbözik 8 kódoló polimorfizmus , 2 nem kódoló és 1 inszerciós / deléciós hely (26 kb) jelenlétével .
Ezek a genetikai különbségek fenotípusos különbségekhez vezettek a két törzs között, különösen az adhézió, a növekedési sebesség és a szinkronizáció tekintetében. A szinkronizálás az a képesség, hogy fizikailag szétválasszák a két sejtformát, amelyeket centrifugálással jeleznek és követnek. Míg a CB15 törzs tapad (rögzített forma), lassan szaporodik és nem képes szinkronizálni, az NA1000 törzs nem tapad, gyorsabban szaporodik és képes a szinkronizálásra. Ez utóbbi jellemző az NA1000 törzset teszi a laboratóriumban az uralkodó törzssé.
A diszperziót lehetővé tevő mobil jelölt forma az interfázis G1 fázisára korlátozódik . Kedvező körülmények között a baktérium rögzített kocsányos formává differenciálódik, és lehetővé teszi a kromoszóma replikálódását az S fázisban A kromoszóma replikációja után a sejt meghosszabbodik és felkészül a G2 fázisban történő osztódásra. A sejtosztódás aszimmetrikus és lehetővé teszi egy rögzített sejt előállítását, amely ismét megismétli a kromoszómát, és egy mobil sejtet, amely lehetővé teszi a környezetben történő elterjedést. A replikáció megindulása, a kromoszóma szegregáció és a citokinezis alkotják a sejtciklus három fő szakaszát .
Az első lépés, a replikáció megindítása csak akkor megy végbe, amikor a sejt S fázisban van, amikor a replikáció origója , az ori hozzáférhető. Amellett, hogy transzkripciós szabályozó, a CtrA fehérje szabályozza a sejtciklust: amikor foszforilálódik , az ori régióhoz kötődik és gátolja a kromoszóma replikációját. A foszforilezett CtrA fehérje erősen jelen van a flagellált sejtekben, majd defoszforilálódik és lebontja a pedunculált sejtdé történő differenciálódást követően, lehetővé téve a DnaA fehérje által történő replikáció megindítását.
A replikáció után az eredeti kromoszómát és annak másolatát el kell osztani a két leánysejtben. Ezt a lépést kromoszómaszegregációnak nevezik, és a ParABS partíciós rendszer szabályozza. a parS egy DNS-szekvencia, amely az ori közelében helyezkedik el , amely megfelel egy centromernek, ahol a ParB-kötő fehérje kötődik. A ParA fehérje kötődik a komplexhez, és lehetővé teszi az ATP hidrolízisét, ami a kromoszómák vándorlásához vezet a baktériumsejt egyik oldaláról a másikra.
A citokinézis, a két leánysejtre történő felosztás lépése a Z-gyűrűnek a sejt közepén történő összeillesztésével kezdődik. A Z gyűrű az FtsZ fehérjéből áll, amely polimerizál és generálja a sejtosztódáshoz elengedhetetlen összehúzó erőket. Annak érdekében, hogy a Z gyűrű összeillesztése jól lokalizálható legyen, szükséges, hogy az FtsZ polimerizációját a sejt többi részében gátoljuk. Ezt a gátlást a ParB fehérje által toborzott MipZ fehérje hajtja végre, koncentrációgrádiens létrehozásával: A MipZ nagyobb a pólusokban és kevésbé fontos a sejt közepén. A két leánysejt elválasztását több fehérje biztosítja: az FCEX, az ABC típusú transzporter lehetővé teszi az FtsZ fehérje horgonyba rögzítését a membránban, az FtsK, egy DNS transzlokáz lehetővé teszi a DNS transzlokációját, amely a a septum és az FtsQL komplex lehetővé teszi a divisóma stabilitását. Végül az FtsN, FtsW és FtsI fehérjék lehetővé teszik a peptidoglikán bioszintézisét és átalakítását, ezáltal előidézve a két leánysejt szeptációját és elválasztását.
A Caulobacter crescentus sejtciklusa két különböző sejtforma létrehozását teszi lehetővé. A szerkezeti különbségen túl a Z-gyűrű excentrikus összeszerelése egy szárú leánysejtet eredményez, amely valamivel nagyobb, mint a jelölt lány-sejt. Ez a ciklus aszimmetria eredendően kapcsolódik a különböző fehérjék felhalmozódásához a sejt minden egyes pólusánál: a sejt polaritásáról beszélünk.
Fehérje szinten az egyik különbség a mobil sejt és a rögzített sejt között a foszforilezett CtrA koncentrációja, a sejt replikációját szabályozó fehérje. A CtrA fehérje foszforilációját egy foszforelai komplex szabályozza, amelynek egyik egysége eltér a leendő jelzősejt és a leendő kocsányos sejt között. Alapvetően a CtrA foszforilezését a Ccka szabályozó fehérje indítja el, és egy ChpT fehérjén halad át. A Ccka aktiválása attól függ, hogy kölcsönhatásba lép-e a DivL fehérjével, egy olyan komplextel, amelyet a DivK fehérje gátolhat. Végül a DivK foszforilációját PleC-foszfatáz szabályozza a leendő mobil sejt pólusánál és DivJ-kináz a jövőbeli rögzített sejt pólusánál. A PleC fehérje inaktiválja a DivK-t, a DivK már nem gátolja a Ccka-DivL-t, a Ccka, mivel egy kináz aktiválódik, és lehetővé teszi a CtrA foszforilezését, ami megakadályozza a replikáció megindítását a jövő mobil sejtjében. A DivJ fehérje aktiválja a DivK-t, a DivK gátolhatja a Ccka-DivL-t, a Ccka lehetővé teszi a CtrA defoszforilezését, amely lehetővé teszi a replikáció megindítását a jövő fix sejtjében.
A ZitP, PopZ és CpaM fehérjék kombinációja lehetővé teszi a két sejt közötti fő megkülönböztetést: flagellum vagy kocsány jelenlétét. A cink-ujj fehérje ZitP két funkciója van, attól függően, hogy a pole a sejt. A leendő mobil sejt pólusánál a ZitP felveszi a CpaM effektor fehérjét, és lehetővé teszi a flagellum összeszerelését, míg a leendő fix sejt pólusánál a ZitP társul a PopZ fehérjével annak érdekében, hogy szabályozza helyzetét a sejtciklus alatt. A PopZ az osztódó sejt mindkét pólusában megtalálható fehérje, amely közvetlenül kölcsönhatásba lép a ParABS rendszerrel. A ZitP és CpaM fehérjék asszociációját a leendő mobil sejt pólusához, és nem a fix pólushoz, befolyásolja a sejtreplikációt szabályozó rendszer, a DivJ-PleC-DivK.