Summary

Senkronizasyon<em> Caulobacter crescentus</em> Bakteriyel Hücre Döngüsü Soruşturma

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

bakteriyel hücre döngüsü genomunun çoğaltma ve kızı hücrelerinin bölünmesini kontrol eder. Antibiyotik direnci halk sağlığı için büyüyen bir tehdit olarak önemlisi, bakteri hücre döngüsü antibiyotik gelişimi için bir hedef kullanılmayan sunuyor.

Bakteri Caulobacter crescentus, her bir hücre döngüsü Farklı kaderi (Şekil 1A) 1,2 iki kız hücre sağlar, asimetrik bölünmesi yol açar. Bir yavru hücre, bir kamçı miras ve diğer kızı sap miras ve sapsız ise hareketlidir. Entegre devre genetik transkripsiyon regülasyonu, fosfor-sinyalizasyon ve düzenlenmiş proteoliz 3 hücre döngüsü ilerlemesini ve hücre kaderi kontrol eder. Buna ek olarak, kromozom replikasyonu ve eşzamanlı ayrımcılık verim kızı hücreleri kromozom 4 tam bir kopyasını içeren. Önemli bir şekilde, bu iki hücre tipi hızla collo ile ayrılabiliryüksek verim (Şekil 1B) ile nüfusun geri kalanından swarmer hücrelerinin izolasyonu sağlayan synchronizable NA1000 suşu 5-7 idal silika parçacık yoğunluğu santrifüj. Hücrelerin swarmer İzole sonra asimetrik hücre bölünmesi yoluyla eşzamanlı devam edin. Burada, biz detay protokolü Caulobacter suşu NA1000 senkronize etmek için kullanılır. Biz protokolleri ve büyük ve küçük ölçekli her iki eşitleme için ortak sorun giderme ipuçları sağlar. Bu deneysel prosedür Caulobacter hücre döngüsü ve hücre kaderinin kontrolünü zamanmekansal sorgulamak için güçlü bir araç sağlar.

Protocol

1. Büyük ölçekli Synchrony – Western Blot, Mikroarray / RNA-Sek, ve Diğer Malzeme Yoğun Tahliller için optimal Bir dondurucu stok veya bir plaktan, pye ortamı içinde 28 ° C'de çalkalama ile streyn NA1000 5 ml'lik bir O / N kültürünün yetiştirilmesi. M2g 25 ml (Tablo 1-2) 'de, adım 1 hücreleri, 0.5 ml inoküle ve Kültür 0.5 ve 0.6 arasında bir OD 600 ulaşıncaya kadar 28 ° C' de çalkalanır. M2g 1 L hücreleri ile inoküle ve 28 ° C de ça…

Representative Results

Daha yüksek bir yoğunluğa sahip swarmer bandı, ve daha düşük yoğunluklu bir saplı / predivisional hücre bandı: eşitleme genellikle hücrelerin iki bant (Şekil 1B) verir. Etkili bir senkronizasyon ortak kontrol OD 600 izleme ve farklı hücre döngüsü zaman noktalarında western blot ile CtrA'nın protein seviyelerinin ölçülmesi dahildir sağlamak. OD 600, hücre döngüsü sırasında (Şekil 2) boyunca, yaklaşık 2 kat artış gerekir. hücr…

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).
check_url/fr/52633?article_type=t

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