Characterization of the Sinorhizobium meliloti cell cycle regulatory network required for host colonization

宿主定植所需的苜蓿中华根瘤菌细胞周期调控网络的表征

• 批准号: 9171221
• 负责人: Katherine Elisabeth Gibson
• 金额: $ 45.75万
• 依托单位: UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS BOSTON
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2016-08-01 至 2021-08-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9171221
• 关键词: Address; Agrobacterium; Alleles; Area; Bacteria; Biochemical; Biochemistry; Bioinformatics; Biological; Biological Assay; Biological Models; Brucella; Cell Cycle; Cell Cycle Progression; Cell Cycle Regulation; Cells; Chronic; Complement; DNA Binding; Defect; Development; Environment; Event; Future; Genetic; Genetic Transcription; Growth; In Vitro; Infection; Knowledge; Life; Melilotus; Methods; Microbe; Modeling; Modification; Molecular; Mutation; Outcome; Outcome Study; Pathway interactions; Physiology; Plant Roots; Play; Process; Proteins; Regulation; Regulatory Pathway; Replication Initiation; Reproduction; Research; Role; Signal Transduction Pathway; Sinorhizobium meliloti; Soil; Symbiosis; System; Testing; Therapeutic; antimicrobial; base; cell type; in vivo; mutant; novel; pathogenic bacteria; protein-histidine kinase; response; tool

PROJECT SUMMARY    Our  studies  are  focused  on  a  regulatory  network  utilized  by  bacteria  to  effect  an  orderly  progression  of  cell  cycle  events  in  a  manner  that  is  sensitive  to  environmental  conditions  and  is  capable  of  producing  differentiated  cell  types.  Our  primary  objective  is  to  understand  how  a  regulatory  network  directs  cell  cycle  events  in  order  to  promote  chronic  host  colonization.  To  this  end,  we  use  Sinorhizobium  meliloti  as  a  model  system because it can grow in the soil as a free-­‐‑living bacterium or colonize the roots of plants as a beneficial  symbiont  to  establish  a  chronic  intracellular  infection.  S.  meliloti  undertake  novel  cell  cycle  modifications  during  symbiosis,  however  the  underlying  molecular  mechanisms  that  direct  these  events  are  unknown.  By  executing the aims described in this proposal, we will develop a mechanistic model for cell cycle regulation. A  recently  identified  two-­‐‑component  signal  transduction  pathway  is  known  to  control  cell  cycle  progression.  CbrA is a histidine kinase that functions at the top of this pathway to regulate the activity of CtrA, an essential  DNA-­‐‑binding  response  regulator  that  controls  the  transcription  of  regulatory  and  effector  proteins  in  a  temporal fashion as the cell cycle progresses. We identified divL as a component of the CbrA pathway and will  further  characterize  its  function.  Using  cell  biological  methods,  we  will  determine  its  role  in  cell  cycle  regulation and symbiosis. We will also use a genetic suppressor screen to identify cellular factors that interact  will DivL and confirm these interactions through in vitro biochemistry and in vivo protein localization studies.  We  identified  MorA  as  a  cell  cycle  regulator  that  is  functionally  redundant  with  CbrA  but  under  distinct  growth  conditions.  We  will  determine  how  MorA  is  integrated  into  the  two-­‐‑component  pathway  using  biochemical  assays  to  identify  its  cognate  response  regulator(s).  In  addition,  we  will  examine  how  MorA  activity  is  limited  to  certain  environmental  conditions  through  a  screen  for  regulatory  factors.  In  the  process,  our  studies  will  generate  genetic  tools  required  to  probe  the  function  of  a  pathway  that  includes  several  proteins whose activity is essential to viability and therefore challenging to study on a functional level in vivo.  Ultimately,  we  will  develop  a  mechanistic  model  for  cell  cycle  regulation  in  the  experimentally  tractable  S.  meliloti that will provide a basis for dissecting cell cycle controls in related pathogenic bacteria. Our research is  therefore  of  broad  importance  to  understanding  both  cell  cycle  progression  and  diverse  host-­‐‑microbe  interactions.

项目概要   我们的研究重点是细菌利用调节网络来影响细胞的有序进展 以对环境条件敏感并且能够产生的方式循环事件 我们的主要目标是了解调节网络如何指导细胞周期。 为此，我们使用苜蓿中华根瘤菌作为模型。 系统，因为它可以作为自由生活的细菌在土壤中生长，或者作为有益的细菌定殖在植物的根部。 共生体建立慢性细胞内感染，苜蓿根瘤菌进行新的细胞周期修饰。 然而，指导这些事件的潜在分子机制尚不清楚。 为了实现本提案中描述的目标，我们将开发细胞周期调节的机械模型。 最近发现的双组分信号转导途径已知可控制细胞周期进程。 CbrA 是一种组氨酸激酶，在该途径的顶部发挥作用，调节 CtrA 的活性，CtrA 是一种重要的 DNA--结合反应调节器，控制调节蛋白和效应蛋白的转录 随着细胞周期的进展，时间时尚。我们将 divL 确定为 CbrA 通路的一个组成部分，并将 使用细胞生物学方法进一步表征其功能，我们将确定其在细胞周期中的作用。 我们还将使用基因抑制筛选来识别相互作用的细胞因子。 将 DivL 并通过体外生物化学和体内蛋白质定位研究证实这些相互作用。 我们确定 MorA 是一种细胞周期调节因子，它在功能上与 CbrA 冗余，但在不同的情况下 我们将使用以下方法确定 MorA 如何整合到双组分途径中。 此外，我们将研究 MorA 的作用。 通过筛选监管因素将活动限制在某些环境条件下。 我们的研究将产生探查包含多个途径的功能所需的遗传工具 蛋白质的活性对于生存至关重要，因此在体内功能水平上进行研究具有挑战性。 最终，我们将在实验上易于处理的金黄色葡萄球菌中开发细胞周期调节的机械模型。 苜蓿，将为剖析相关病原细菌的细胞周期控制提供基础。 因此对于了解细胞周期进程和不同的宿主微生物具有广泛的重要性 互动。