Abstract Bacterial Ribonucleoprotein bodies (BR-bodies) play an essential role in organizing RNA degradation via liquid-liquid phase separation in the cytoplasm of bacteria. BR-bodies mediate multi-step mRNA decay through the concerted activity of the endoribonuclease RNase E coupled with the 3’-5’ exonuclease Polynucleotide Phosphorylase (PNPase). Our past in vivo studies indicated that the loss of PNPase recruitment into BR-bodies led to a significant build-up of RNA decay intermediates in Caulobacter crescentus . We reconstituted RNase E’s C-terminal domain together with PNPase to understand how RNase E biomolecular condensates can tailor the functions of PNPase. We found that PNPase catalytic activity is accelerated when colocalized with the RNase E biomolecular condensates. In contrast, disruption of the RNase E-PNPase protein-protein interaction led to a loss of PNPase recruitment into the BR-bodies and a loss of ribonuclease rate enhancement. We also found that BR-bodies could enhance the decay of select RNA substrates, as we observed a 3.4-fold enhancement of polyadenylic acid (poly(A)) degradation and no impact upon poly(U) degradation. Our investigation into the origins of the 3.4-fold rate enhancement for poly(A) decay indicates a combination of scaffolding and mass action effects impact due to the concentrated biomolecular condensate environment accelerating RNA decay. Consistent with our past in vivo work, these studies suggest BR-bodies are sites of accelerated RNA decay that can shape the available transcriptome.

Asymmetric cell division generates specialized daughter cells that play a variety of roles including tissue morphogenesis in eukaryotes and pathogenesis in bacteria. In the gram-negative bacterium Caulobacter crescentus, asymmetric localization of two biochemically distinct signaling hubs at opposite cell poles provides the foundation for asymmetric cell division. Through a set of genetic, synthetic biology and biochemical approaches we have characterized the regulatory interactions between three scaffolding proteins. These studies have revealed that the scaffold protein PodJ functions as a central mediator for organizing the new cell signaling hub, including promoting bipolarization of the central developmental scaffold protein PopZ. In addition, we identified that the old pole scaffold SpmX serves as a negative regulator of PodJ subcellular accumulation. These two scaffold-scaffold regulatory interactions serve as the core of an integrated cell polarization circuit that is layered on top of the cell-cycle circuitry to coordinate cell differentiation and asymmetric cell division.

Abstract We demonstrate that nascent versus aged condensates formed by prion-like low complexity domains (PLCDs) are distinct types of viscoelastic materials. Nascent PLCD condensates are terminally viscous Maxwell fluids whose viscoelastic moduli are governed by the strengths of aromatic stickers. Upon physical aging, PLCD condensates transition, on sequence-specific timescales, from fluids to non-fibrillar, elastic Kelvin-Voigt solids. Accordingly, fluid-like condensates of PLCDs are metastable, whereas elastic solids are the stable material states. Fluid-to-solid transitions are accelerated by mutations to spacers that weaken metastable fluids with respect to stable solids. Evolutionarily selected PLCD sequence features that enhance the metastabilities of fluid-like condensates are likely to render the barriers for conversion from fluids to solids to be insurmountable on timescales that are relevant to cellular processes.

Ribonucleoprotein (RNP) granules play an important role in organizing eukaryotic mRNA metabolism via liquid-liquid phase separation (LLPS) of mRNA decay factors into membrane-less "droplet" organelles in the cytoplasm. Here we show that the bacterium Caulobacter crescentus Ribonuclease (RNase) E assembles RNP LLPS droplets that we term bacterial RNP-bodies (BR-bodies) similar to eukaryotic P-bodies and stress granules. RNase E requires RNA to assemble a BR-body, and disassembly requires RNA cleavage, suggesting BR-bodies provide localized sites of RNA degradation. The unstructured C-terminal domain of RNase E is both necessary and sufficient to assemble the core of the BR-body, is functionally conserved in related α-proteobacteria, and influences mRNA degradation. BR-bodies are rapidly induced under cellular stresses and provide enhanced cell growth under stress. To our knowledge, Caulobacter RNase E is the first bacterial protein identified that forms LLPS droplets, providing an effective strategy for subcellular organization in cells lacking membrane bound compartments.

Biomolecular condensates play a key role in organizing RNAs and proteins into membraneless organelles. Bacterial RNP-bodies (BR-bodies) containing the RNA degradosome mRNA decay machinery forms a biomolecular condensate, but the biochemical function of such organization remains poorly defined. Here we define the RNA substrates of BR-bodies through enrichment of the bodies followed by RNA-seq. We find that long, poorly translated mRNAs, small RNAs, and antisense RNAs are the main substrates, while rRNA, tRNA, and other conserved ncRNAs are excluded from these bodies. BR-bodies stimulate the mRNA decay rate of enriched mRNAs, helping to reshape the cellular mRNA pool. We also observe that BR-body formation promotes complete mRNA decay, avoiding the build-up of toxic endo-cleaved mRNA decay intermediates. The combined selective permeability of BR-bodies for both enzymes and substrates together with the stimulation of the sub-steps of mRNA decay provide an effective organization strategy for bacterial mRNA decay.

Abstract The localization of two biochemically distinct signaling hubs at opposite cell poles provides the foundation for asymmetric cell division in Caulobacter crescentus . Here we identify an interaction between the scaffolds PodJ and PopZ that regulates the assembly of the new cell pole signaling complex. Time-course imaging of a mCherry-sfGFP-PopZ fluorescent timer throughout the cell cycle revealed that existing PopZ resides at the old cell pole while newly translated PopZ accumulates at the new cell pole. Our studies suggest that interactions between PodJ and PopZ promotes the sequestration of older PopZ and robust accumulation of newl PopZ at the new cell pole. Elimination of the PodJ-PopZ interaction impacts PopZ client proteins, leading to chromosome segregation defects in one-third of cells. Additionally, this PopZ-PodJ interaction is crucial for anchoring PodJ and preventing PodJ extracellular loss at the old cell pole through unknown mechanism. Therefore, segregation of PopZ protein at the old pole and recruitment of newly translated PopZ at the new pole via the PodJ scaffold ensures stringent inheritance and maintenance of the polarity axis within dividing C. crescentu s cells.