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Abstract:
Die Zellen des stäbchenförmigen Bakteriums Myxococcus xanthus bewegen sich mit einer gleitenden Bewegung vorwärts. Hierfür verwenden die Zellen zwei verschiedene Fortbewegungssysteme. Die S-Bewegung („social“) und die A-Bewegung („adventurous“). Die A-Bewegung befähigt die Zellen eine individuelle und von anderen Zellen unabhängige Vorwärtsbewegung auszuführen. M. xanthus Zellen wechseln regelmäßig die Richtung ihrer Bewegung, wobei der alte vordere Pol zum neuen hinteren Zellpol wird. Während eines Richtungswechsels müssen die beiden Bewegungsmaschinerien synchron ihre Polarität innerhalb der Zelle ändern, um eine erneute Vorwärtsbewegung in die entgegengesetzte Richtung zu garantieren. Um den molekularen Mechanismus, welcher den Polaritätswechsel der Bewegungsmaschinerien vermittelt, zu erforschen wurden das RomR Protein und das MglA Protein genauer analysiert. Der Response Regulator RomR besteht aus einer N-terminalen Receiver Domäne und einer C-terminalen Prolinreichen Output Domäne. Das Protein ist essentiell für die A-Bewegung der Zellen. Diese Arbeit demonstriert, dass das RomR-GFP Fusionsprotein in einer asymmetrischen Verteilung an beiden Zellpolen lokalisiert. Wobei eine verstärkte Ansammlung des RomR-GFP Proteins am hinteren Zellpol lokalisiert, wenn die Zelle sich vorwärts bewegt. Parallel mit einem Richtungswechsel in der Bewegung wechselt die verstärkte Ansammlung von RomR-GFP von dem alten hinteren Pol zum neuen hinteren Zellpol. Dies deutet an, dass RomR am hinteren Zellpol stimulierend auf eine Komponente der A-Bewegungsmaschinerie einwirkt. Das MglA Protein weist in der Primärstruktur Ähnlichkeiten zu eukaryontischen kleinen GTPasen der Ras/Rac/Rho Superfamilie auf und wird für die A-Bewegung benötigt. Eine inaktive, im GDP gebundene MglA Form (MglAlof) ist nicht fähig, die A-Bewegung zu stimulieren, während eine konstitutiv aktive MglA Form, gebundenen im GTP Zustand (MglAgof), die A-Bewegung der Zellen anregt und die Durchführung häufiger Richtungswechsel stimuliert. Das native YFP-MglA Protein lokalisiert am vorderen Zellpol und wechselt zwischen den beiden Polen, während die Zelle einen Richtungswechsel vollzieht. Das YFP-MglAgof Protein hingegen oszilliert ständig zwischen den Zellpolen, während sich das YFP-MglAlof Protein homogen in der gesamten Zelle verteilt. Aufgrund dieser Beobachtungen, nehmen wir an, dass eine mittlere Menge an MglA im GTP gebundenen Zustand am vorderen Zellpol lokalisiert und die A-Bewegung stimuliert. Wird ein erhöhter Level an MglA im GTP gebundenen Zustand erreicht, so wird das MglA Protein an dem vorderen Zellpol freigesetzt und gelangt von dort zum hinteren Zellpol. Sobald die erhöhte Menge an MglA im GTP gebundenen Zustand den hinteren Zellpol erreicht, wechselt die Zelle ihre Bewegungsrichtung. Dieser Zusammenhang weißt daraufhin, dass der Transfer eines erhöhten Levels an MglA in der GTP gebundenen Form, gefolgt von der vollständigen Lokalisierung am hinteren Zellpol einen Richtungswechsel in der A-Bewegung induziert. Auf genetischer Ebene wurden Hinweise gefunden, dass MglA stromabwärts des Frz-Sytems in demselben Signalweg agiert, um Richtungswechsel in dem A-Bewegungssystem einzuleiten. Weiterhin scheint RomR stromabwärts von MglA zu agieren, bezüglich der Richtungswechsel, jedoch gibt es ebenfalls eine Rückkopplung zwischen diesen beiden Proteinen, da beide die jeweilige Lokalisierung des anderen Proteins beeinflussen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit nehmen wir an, dass das Frz-System ein Signal wahrnimmt und daraufhin eine GTP Bindung an MglA stimuliert. Die vermehrte GTP Bindung führt zu einem Transfer des MglA-GTP Proteins vom vorderen Pol zum hinteren Zellpol. Sobald die erhöhte Menge an MglA im GTP gebundenen Zustand den hinteren Zellpol erreicht, interagiert MglA-GTP mit dem unphosphoprylierten RomR Protein. Gleichzeitig wird RomR phosphoryliert und die GTP Hydrolyse von MglA wird stimuliert. Das phosphorylierte RomR wechselt zum neuen hinteren Zellpol, durch die GTP Hydrolyse wird erneut eine mittlere Menge an MglA im GTP gebundenen Zustand erreicht, welche an dem neuen vorderen Pol der Zelle lokalisiert.Folglich reguliert die prokaryontische kleine GTPase MglA der Ras/Rac/Rho Familie die Zellpolarität über die Festlegung der RomR Lokalisierung in der Zelle.
