Summary

تزامن<em> العنيقاء Crescentus</em> للتحقيق في دورة الخلية البكتيرية

Published: April 08, 2015
doi:

Summary

Synchronization of bacterial cells is essential for studies of the bacterial cell cycle and development. Caulobacter crescentus is synchronizable through density centrifugation allowing a rapid and powerful tool for studies of the bacterial cell cycle. Here we provide a detailed protocol for the synchronization of Caulobacter cells.

Abstract

The cell cycle is important for growth, genome replication, and development in all cells. In bacteria, studies of the cell cycle have focused largely on unsynchronized cells making it difficult to order the temporal events required for cell cycle progression, genome replication, and division. Caulobacter crescentus provides an excellent model system for the bacterial cell cycle whereby cells can be rapidly synchronized in a G0 state by density centrifugation. Cell cycle synchronization experiments have been used to establish the molecular events governing chromosome replication and segregation, to map a genetic regulatory network controlling cell cycle progression, and to identify the establishment of polar signaling complexes required for asymmetric cell division. Here we provide a detailed protocol for the rapid synchronization of Caulobacter NA1000 cells. Synchronization can be performed in a large-scale format for gene expression profiling and western blot assays, as well as a small-scale format for microscopy or FACS assays. The rapid synchronizability and high cell yields of Caulobacter make this organism a powerful model system for studies of the bacterial cell cycle.

Introduction

تسيطر على دورة الخلية البكتيرية كل من تكرار الجينوم وتقسيم الخلايا الوليدة. الأهم من ذلك، كما مقاومة المضادات الحيوية تشكل تهديدا متزايدا على الصحة العامة، تقدم دورة الخلية البكتيرية هدفا غير مستغلة للتنمية المضادات الحيوية.

في بكتيريا العنيقاء crescentus، كل دورة الخلية يؤدي إلى تقسيم غير المتماثلة، مما أسفر عن خليتين ابنة مصائر مختلفة (الشكل 1A) 1،2. خلية ابنة واحدة يرث السوط وهي متحركة في حين أن ابنة أخرى يرث ساق وهي اطئة. دائرة الوراثية متكاملة تسيطر تقدم دورة الخلية ومصير الخلية عن طريق تنظيم النسخي، الفوسفات، مما يشير، والتحلل البروتيني المنظم 3. وبالإضافة إلى ذلك، وتكرار كروموسوم وخلايا ابنة العائد الفصل المتزامنة التي تحتوي بالضبط نسخة واحدة من كروموسوم 4. الأهم من ذلك، هذه أنواع الخلايا اثنين يمكن فصلها بسرعة عن طريق كولوايدال السيليكا الجسيمات كثافة الطرد المركزي في سلالة synchronizable NA1000 5-7 السماح للعزل الخلايا مخابئ عن بقية السكان مع عوائد عالية (الشكل 1B). عزل مخابئ خلايا ثم المضي قدما بشكل متزامن من خلال انقسام الخلايا غير المتماثلة. هنا، ونحن بالتفصيل بروتوكول يستخدم لمزامنة العنيقاء سلالة NA1000. ونحن نقدم البروتوكولات ونصائح استكشاف الأخطاء وإصلاحها المشتركة لكلا الكبيرة والصغيرة الحجم تزامن. يوفر هذا الإجراء التجريبي أداة قوية لاستجواب السيطرة الزمانية المكانية من دورة الخلية العنيقاء ومصير الخلية.

Protocol

1. على نطاق واسع التزامن – الأمثل لالبقعة الغربية، ميكروأري / RNA تسلسل، وغيره فحوصات مكثفة مواد من مخزون الثلاجة أو لوحة، وتنمو 5 مل O / N ثقافة سلالة NA1000 عن طريق هز في 28 ° C في PYE المتوسطة. تطعيم 0.5 …

Representative Results

تزامن عادة ينتج شريطين من الخلايا (الشكل 1B): الفرقة مخابئ، والتي لديها أعلى كثافة، ومطاردة / predivisional الفرقة خلية من أقل كثافة. لضمان وتشمل الضوابط المشتركة تزامن كفاءة مراقبة OD 600 وقياس مستويات البروتين CTRA التي كتبها طخة غربية في نقاط متميزة الوقت دورة ا…

Discussion

The bacterial cell cycle is a fundamental process in life and is important for the study of growth and as a target for next generation antibiotics. Here, we detailed the rapid synchronization procedures for C. crescentus NA1000, a model organism for the study of the bacterial cell cycle and asymmetric cell division. This method is amendable to western blot, gene expression profiling, and fluorescence microscopy assays to investigate the spatiotemporal regulation of the bacterial cell cycle.

<p class='jove_…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors thank members of the Shapiro lab and Erin Schrader for comments on the manuscript. The authors acknowledge financial support from: NIH postdoctoral fellowship F32 GM100732 to JMS and NIH grants R01 GM51426 and R01 GM32506 to LS.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
PVP Coated Colloidal Silica (Percoll) Sigma-Aldrich P4937
Colloidal Silica (Ludox AS-40) Sigma-Aldrich 420840
JA10 Rotor Beckman-Coulter 369687
JA20 Rotor Beckman-Coulter 334831
Ferrous Sulfate Chelate Solution Sigma-Aldrich F0518
30 mL Centrifuge Tubes Corning 8445
Na2HPO4 EMD SX0720-1
KH2PO4 VWR BDH9268-500G
NH4Cl Amresco 0621-500g

References

  1. McAdams, H. H., Shapiro, L. System-level design of bacterial cell cycle control. FEBS Lett. 583, 3984-3991 (2009).
  2. McAdams, H. H., Shapiro, L. The architecture and conservation pattern of whole-cell control circuitry. J. Mol. Biol. 409, 28-35 (2011).
  3. McAdams, H. H., Shapiro, L. A bacterial cell-cycle regulatory network operating in time and space. Science. 301, 1874-1877 (2003).
  4. Ptacin, J. L., Shapiro, L. Initiating bacterial mitosis: understanding the mechanism of ParA-mediated chromosome segregation. Cell Cycle. 9, 4033-4034 (2010).
  5. Evinger, M., Agabian, N. Envelope-associated nucleoid from Caulobacter crescentus stalked and swarmer cells. J. Bacteriol. 132, 294-301 (1977).
  6. Tsai, J. W., Alley, M. R. Proteolysis of the Caulobacter McpA chemoreceptor is cell cycle regulated by a ClpX-dependent pathway. J. Bacteriol. 183, 5001-5007 (2001).
  7. Marks, M. E., et al. The genetic basis of laboratory adaptation in Caulobacter crescentus. J. Bacteriol. 192, 3678-3688 (2010).
  8. Ely, B. Genetics of Caulobacter crescentus. Methods Enzymol. 204, 372-384 (1991).
  9. Williams, B., Bhat, N., Chien, P., Shapiro, L. ClpXP and ClpAP proteolytic activity on divisome substrates is differentially regulated following the Caulobacter asymmetric cell division. Mol. Microbiol. 93, 853-866 (2014).
  10. Quon, K. C., Yang, B., Domian, I. J., Shapiro, L., Marczynski, G. T. Negative control of bacterial DNA replication by a cell cycle regulatory protein that binds at the chromosome origin. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 95, 120-125 (1998).
  11. Laub, M. T., Chen, S. L., Shapiro, L., McAdams, H. H. Genes directly controlled by CtrA, a master regulator of the Caulobacter cell cycle. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99, 4632-4637 (2002).
  12. Quon, K. C., Marczynski, G. T., Shapiro, L. Cell cycle control by an essential bacterial two-component signal transduction protein. Cell. 84, 83-93 (1996).
  13. Ferullo, D. J., Cooper, D. L., Moore, H. R., Lovett, S. T. Cell cycle synchronization of Escherichia coli using the stringent response, with fluorescence labeling assays for DNA content and replication. Methods. 48, 8-13 (2009).
  14. Degnen, S. T., Newton, A. Chromosome replication during development in Caulobacter crescentus. J. Mol. Biol. 64, 671-680 (1972).
  15. Bates, D., et al. The Escherichia coli baby cell column: a novel cell synchronization method provides new insight into the bacterial cell cycle. Mol. Microbiol. 57, 380-391 (2005).
  16. Abel, S., et al. Bi-modal distribution of the second messenger c-di-GMP controls cell fate and asymmetry during the caulobacter cell cycle. PLoS Genet. 9, e1003744 (2013).
  17. Johnson, R. C., Ely, B. Isolation of spontaneously derived mutants of Caulobacter crescentus. Génétique. 86, 25-32 (1977).
  18. Britos, L., et al. Regulatory response to carbon starvation in Caulobacter crescentus. PLoS One. 6, e18179 (2011).
  19. Boutte, C. C., Crosson, S. The complex logic of stringent response regulation in Caulobacter crescentus: starvation signalling in an oligotrophic environment. Mol. Microbiol. 80, 695-714 (2011).

Play Video

Citer Cet Article
Schrader, J. M., Shapiro, L. Synchronization of Caulobacter Crescentus for Investigation of the Bacterial Cell Cycle. J. Vis. Exp. (98), e52633, doi:10.3791/52633 (2015).

View Video