title: Characterization of the role of MrpC in Myxococcus xanthus developmental cell fate determination
title: Die Charakterisierung der Rolle von MrpC im Entwicklungszyklus von Myxococcus xanthus
Creators: name: Bhardwaj, Vidhi
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Entwicklung
Regulation , Differenzierung
Transkription
Biowissenschaften, Biologie
transcription regulator
cell fate
transkriptionregulator
Myxococcus xanthus
heterogeneity
MrpC

description: Myxococcus xanthus is an excellent
      model system for multicellular prokaryotic behaviour and
      Gram-negative differentiation. Under nutrient-limited
      conditions, the population enters a complex multicellular
      developmental program wherein cells undergo at least three
      distinct known cell fates: sporulation within multicellular
      fruiting bodies; differentiation into persister-like state
      termed peripheral rods and cell lysis. A fourth distinct,
      relatively less understood cell type, called the cell
      clusters is also thought to exist. This starvation-induced
      developmental program is tightly regulated by the temporal
      and spatial expression of specific genes. One of them is
      mrpC, which codes for an important developmental
      transcriptional regulator. We hypothesized that MrpC, which
      is necessary for inducing aggregation and sporulation and was
      implicated in mediating developmental cell lysis, may act as
      a master cell fate regulator in M. xanthus. MrpC has been
      shown to accumulate heterogeneously in developmental
      subpopulations and its misaccumulation results in perturbed
      cell fate segregation. MrpC is known to be highly regulated.
      It has previously been proposed that MrpC positively
      regulates its own expression. The transcriptional activity of
      MrpC is thought to be regulated- MrpC is inactivated by
      phosphorylation and activated by proteolytic processing to
      the shorter isoform MrpC2. In the presented thesis, using a
      combination of genetic and fluorescent techniques, I
      characterized the regulation of the transcription factor MrpC
      and my data suggests that MrpC negatively regulates its own
      expression. My analysis further revealed that the MrpC
      protein heterogeneity in developmental cell subpopulations is
      not due to transcriptional or translational differences but
      likely regulated by a protein turnover in the aggregated cell
      population. Using genetic and biochemical techniques, I
      addressed the two known activity states of MrpC. My detailed
      in vivo analysis revealed that the previously published in
      vitro data needs to be re-evaluated in order to assign a
      biological role to an isoform of MrpC. Using fluorescent
      reporters of promoter activity, I analyzed single-cell
      expression of various genes in developmental subpopulations.
      It was revealed that targets of MrpC do not follow the
      differential accumulation of MrpC. Moreover, cell
      subpopulations cannot be distinguished by means of cell-fate
      specific transcriptional markers or chromosome status. This
      study emphasizes on the implications of regulation of the key
      developmental regulator MrpC being different than previously
      proposed and provides the framework to re-investigate the
      proposed models of MrpC regulation in order to aid an
      appropriate understanding of how this complicated system
      functions to enable cells to adopt distinct cell
      fates.
description: Myxococcus xanthus ist ein
      exzellentes Modelsystem für multizelluläres prokaryotisches
      Verhalten und Gram-negative Differenzierung. Unter
      nahrungslimitierenden Bedingungen beginnt die Population ein
      komplexes multizelluläres Entwicklungsprogramm in welchem
      sich die Zellen in mindestens drei verschiedene Zelltypen
      differenzieren können: Sporulation in multizellulären
      Fruchtkörpern; Differenzierung in eine Art Dauerform names
      „Periphere Stäbchen“ und Zelllyse. Ein vierter, weniger
      verstandener Zelltyp namens „Zellcluster“ wird ebenfalls
      vermutet. Das hungerinduzierte Entwicklungsprogramm ist durch
      temporale und spatiale Expression von spezifischen Genen
      streng reguliert. Einer dieser Regulatoren heißt mrpC,
      welcher einen wichtigen Transkriptionregulator in der
      Entwicklung kodiert. Wir nehmen an, dass MrpC, welches für
      die Induktion von Aggregation und Sporulation wichtig ist und
      in die Zelllyse involviert sein soll, als Masterregulator für
      die Zelltypbestimmung verantwortlich sein könnte. Es wurde
      gezeigt, dass MrpC in entwicklungsbedingten Subpopulation
      unterschiedlich akkumuliert und dass die Fehlakkumulation
      dieses Proteins in gestörter Zelltypsegregation resultiert.
      MrpC ist sehr genau reguliert. Es wurde bereits
      vorgeschlagen, dass MrpC seine eigene Expression positiv
      reguliert. Die Transkriptionsaktivität von MrpC ist
      vermutlich reguliert – MrpC wird durch Phosphorylierung
      deaktiviert und durch proteolytische Prozessierung zu der
      kürzeren Isoform MrpC2 aktiviert. In der vorgestellten Arbeit
      habe ich die Regulation des Transkriptionsfaktors MrpC mit
      Hilfe von genetischen und fluoreszenten Techniken untersucht
      und meine Daten deuten an, dass MrpC seine eigene
      Transkription negativ reguliert. Meine Analysen zeigten
      ebenfalls, dass die unterschiedlichen Akkumulationsmuster des
      MrpC Proteins in den entwicklungsbedingten Subpopulationen
      nicht auf Unterschiede in der Transkription oder Translation
      zurückzuführen sind, sondern wahrscheinlich durch
      Proteinabbau in der aggregierten Zellpopulation entstehen.
      Mit Hilfe von genetischen und biochemischen Methoden habe ich
      die zwei bekannten aktiven Formen von MrpC untersucht. Meine
      detaillierten in vivo Analysen zeigten, dass die bereits
      veröffentlichten Ergebnisse aus in vitro Studien neu bewertet
      werden müssen um einer Isoform von MrpC eine biologische
      Rolle zuordnen zu können. Mit Hilfe von fluoreszenten
      Reporterkonstrukten der Promotoraktivität, habe ich die
      Expression verschiedener Gene in einzelnen Zellen der
      entwicklungsbedingten Subpopulationen bestimmt. Es konnte
      gezeigt werden, dass Ziele von MrpC nicht dem
      Akkumulationsmuster von MrpC folgten. Des Weiteren konnten
      Subpopulationen nicht auf Grund von Zelltyp-spezifischen
      Transkriptionsmarkern oder Chromosomenstatus unterschieden
      werden. Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Regulation
      des Schlüsselregulators MrpC, welche von den bereits
      veröffentlichten abweicht. Sie stellt ein Gerüst für die
      Aufarbeitung des vorgeschlagenen Models der komplexen MrpC
      Regulation und wie diese zu verschieden Zellschicksalen
      führen kann, dar.