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

University Of Massachusetts Boston, Dorchester MA

Investigators

Abstract

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.