表面センシングは、細胞の分化を刺激する

Surface sensing stimulates cellular differentiation in .

• Rhett A Snyder
• Courtney K Ellison
• Geoffrey B Severin
• Gregory B Whitfield
• Christopher M Waters
• Yves V Brun

抄録

細胞分化は、発生の特定の段階で特殊な機能を生み出すために細胞が使用する基本的な戦略である。細菌は、2つの分化した細胞タイプからなる特殊な二型のライフサイクルを採用しています。この細胞周期は、表面との接触などの機械的な入力を含む環境的な手がかりがどのように制御されているのかは明らかになっていない。本研究では、細胞外ピルスフィラメントの引っ込みによる物理的な摂動による表面センシングが、細胞周期の進行と細胞分化を促進することを明らかにした。また、ピルスの動的な活動を化学的な摂動や膜外ピルスクレチンCpaCの変異によって物理的に阻害すると、染色体複製の初期開始が促進されることを明らかにした。さらに、表面刺激を受けた細胞は、ピルス活動が阻害されたプランクトン細胞と同じ程度に初期の染色体複製を開始することを明らかにし、表面接触が細胞周期の進行を刺激することを明らかにした。最後に、ピルスの収縮を阻害すると、細胞周期制御因子である環状ジグアニル酸一リン酸（c-di-GMP）の合成が、細胞の運命と分化を制御する2つの重要なヒスチジンキナーゼの活性と局在を変化させることで刺激されることを明らかにした。一緒に、これらの結果は、表面の接触とピルスの活動の変化によるセンシングをより迅速に表面関連の生活様式に適応するために細胞の分化のその発達的にプログラムされた時間的な遅れをバイパスするために刺激することを示しています。

Cellular differentiation is a fundamental strategy used by cells to generate specialized functions at specific stages of development. The bacterium employs a specialized dimorphic life cycle consisting of two differentiated cell types. How environmental cues, including mechanical inputs such as contact with a surface, regulate this cell cycle remain unclear. Here, we find that surface sensing by the physical perturbation of retracting extracellular pilus filaments accelerates cell-cycle progression and cellular differentiation. We show that physical obstruction of dynamic pilus activity by chemical perturbation or by a mutation in the outer-membrane pilus secretin CpaC stimulates early initiation of chromosome replication. In addition, we find that surface contact stimulates cell-cycle progression by demonstrating that surface-stimulated cells initiate early chromosome replication to the same extent as planktonic cells with obstructed pilus activity. Finally, we show that obstruction of pilus retraction stimulates the synthesis of the cell-cycle regulator cyclic diguanylate monophosphate (c-di-GMP) through changes in the activity and localization of two key regulatory histidine kinases that control cell fate and differentiation. Together, these results demonstrate that surface contact and sensing by alterations in pilus activity stimulate to bypass its developmentally programmed temporal delay in cell differentiation to more quickly adapt to a surface-associated lifestyle.