title: Cytoskeletons as polar landmarks: characterization of bactofilin homologs in Myxococcus xanthus
title: Zytoskelette als polare Landmarken: Charakterisierung von Bactofilin-Homologen in Myxococcus xanthus
Creators: name: Lin, Lin
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Zytoskelett
Zellskelett
Naturwissenschaften
Bactofilin
Myxococcus
cytoskeleton
bactofilin

description: Bacteria, similar to eukaryotes,
      possess cytoskeletons that are involved in the temporal and
      spatial organization of various cellular processes, including
      cell division, cell morphogenesis, cell polarity, as well as
      DNA partitioning. Out of these elements, the tubulin homolog
      FtsZ, the actin homolog MreB, and intermediate filament-like
      (IF) proteins are widespread in many bacterial lineages. In
      addition, in recent years, an increasing number of
      non-canonical cytoskeletons have been identified in bacteria.
      These include a new class of cytoskeletal proteins, named
      bactofilins, which was originally discovered in Caulobacter
      crescentus. Bactofilins are widely distributed among bacteria
      and show no similarity in either sequence or structure to
      other known cytoskeletal proteins. Interestingly, many
      species possess two or more bactofilin alleles, indicating
      multiple gene duplication events and functional
      diversification. In Myxococcus xanthus, it has been shown
      that BacP, one of its four bactofilin homologs, forms bipolar
      filaments and appears to be essential for positioning a cell
      polarity factor, SofG; by constrast, BacM, another bactofilin
      homolog, is involved in cell morphogenesis. In this work, we
      demonstrate that BacP, together with two other bactofilin
      homologs, BacO and BacN, plays an important role in
      stabilizing the chromosome segregation machinery in this
      organism. We show that BacN-P copolymerize into bipolar
      filaments to mediate the proper arrangement of ParA and ParB,
      which are key components of chromosome segregation in M.
      xanthus. In the absence of BacN-P, both proteins mislocalize,
      which further affects proper chromosome segregation. We
      further identified BadA, a ParB-like nuclease homolog that
      acts along with BacN-P in this mechanism, possibly by
      interacting with ParA directly. Taken together, bactofilins
      serve as landmark structures at the cell poles in M. xanthus,
      positioning and stabilizing subpolar or polar protein
      complexes. This scaffolding function is similar to that of
      PopZ in C. crescentus or DivIVA in Gram-positive bacteria,
      despite the lack of sequence similarity among proteins. This
      similarity revealed a common theme in cell pole organization:
      landmark proteins form a higher-order structure that serves
      as an assembly platform for other proteins, thereby mediating
      their polar localization.
description: Bakterien besitzen, ähnlich wie
      Eukaryoten, Zytoskelettelemente, die an der zeitlichen und
      räumlichen Organisation von zellulären Prozessen beteiligt
      sind und beispielsweise eine Rolle bei der Zellteilung,
      Chromosomensegregation, Zellmorphogenese sowie bei der
      Bestimmung der Zellpolarität spielen. Zu den wohl am
      weitesten verbreiteten Vertretern der bakteriellen
      Zytoskelettelemente zählen das Tubulin-Homolog FtsZ, das
      Actin-Homolog MreB und die Intermediärfilament-ähnlichen (IF)
      Proteine. Darüber hinaus wurde in den letzten Jahren eine
      Vielzahl von nicht-kanonischen Zytoskelettelementen
      identifiziert, zu denen unter anderem die sogenannten
      Bactofiline gehören, welche kürzlich für Caulobacter
      crescentus erstmals beschrieben wurden. Bactofiline sind
      unter Mikroorganismen weit verbreitet, zeigen jedoch weder
      auf Sequenz- noch auf Strukturebene eine Ähnlichkeit zu
      bekannten Zytoskelettelementen. Darüber hinaus besitzt eine
      Vielzahl von Bakterienspezies zwei oder mehr paraloge
      Proteine dieser Protein-Klasse. Dies ist vermutlich auf
      mehrere Genduplikationsereignisse zurück zu führen und deutet
      auf eine funktionelle Diversifizierung der Bactofiline hin.
      Ein Bespiel für die funktionelle Vielfalt dieser
      Zytoskelettelemente wurde kürzlich für die beiden
      Baktofilin-Homologe BacP und BacM aus Myxococcus xanthus
      erbracht. Während BacP bipolare Filamente ausbildet und
      essentiell für die Positionierung des Zellpolaritätsfaktors
      SofG ist, nimmt BacM Einfluss auf die Ausprägung der
      Zellform. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden,
      dass in M. xanthus BacP zusammen mit zwei weiteren paralogen
      Proteinen, BacO und BacN, zudem eine entscheidende Funktion
      bei der Stabilisierung des Chromosomensegregationsapparates
      übernimmt. Es wurde gezeigt, dass BacN-P in bipolare
      Filamente co-polymerisieren und dabei die korrekte Anordnung
      der Proteine ParA und ParB koordinieren, welche eine
      essentielle Rolle bei der bakteriellen DNA-Segregation
      übernehmen. Die Abwesenheit von BacN-P führt zu einer
      fehlerhaften Lokalisation von ParA und ParB in der Zelle und
      beeinträchtigt somit die korrekte Verteilung des genetischen
      Materials im Zuge der Zellteilung.
      Protein-Interaktionsstudien haben darüber hinaus zur
      Identifizierung von BadA geführt, einer ParB-ähnlichen
      Nuklease, welche vermutlich direkt mit ParA interagiert und
      gemeinsam mit BacN-P den korrekten Ablauf der DNA-Segregation
      ermöglicht. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass
      Bactofiline in M. xanthus als eine Art molekulare Plattform
      betrachtet werden können, die für die korrekte Positionierung
      und Stabilisierung von polaren und subpolaren
      Proteinkomplexen verantwortlich sind. Trotz fehlender
      Sequenzähnlichkeit wurde eine ähnliche gerüstbildende
      Funktion bereits für PopZ aus C. crescentus und für das in
      Gram-positiven Bakterien vorkommende Protein DivIVA
      postuliert. Diese funktionelle Analogie legt daher die
      Vermutung nahe, dass die Anwesenheit von Proteinen, die in
      übergeordnete makromolekulare Strukturen polymerisieren
      können und dadurch die Assemblierung und polare Lokalisation
      von Proteinen vermitteln, eine weitverbreitete Strategie zur
      subzellulären Organisation der Polregion in Bakterien
      ist.