PHB granules are bacterial organelles that store excess carbohydrates in the form of water-insoluble polyhydroxybutyrate (PHB). The PHB polymerase, phasin (a small amphipathic protein), and active PHB synthesis are essential for the formation of mature PHB granules in Caulobacter crescentus. Granule formation was found to be initiated by the condensation of self-associating PHB polymerase-GFP into foci, closely followed by the recruitment and condensation of phasin-mCherry. Following the active synthesis of PHB and granule maturation, the polymerase dissociates from mature granules and the PHB depolymerase is recruited to the granule. The polymerase directly binds phasin in vitro through its intrinsically disordered N-terminal domain. Thus, granule biogenesis is initiated and controlled by the action of a PHB polymerase and an associated helper protein, phasin, that together synthesize the hydrophobic granule's content while forming the granules protein boundary.

Abstract Cell differentiation is an essential biological process that is often subject to strict temporal regulation. The aquatic bacterium, Caulobacter crescentus , undergoes obligate differentiation from a swarmer cell to a stationary, replication-competent stalked cell, with each cell cycle. Here, we report that the switch from phosphatase to kinase activity of the histidine kinase PleC contributes to timing this differentiation event. We show that PleC PAS domain interaction with the polar scaffold protein PodJ localizes PleC to the cell pole and inhibits in vivo kinase activity. Upon PodJ degradation, released PleC switches to its kinase form and phosphorylates the PleD diguanylate cyclase, initiating the signaling pathway responsible for differentiation. While PodJ inhibits PleC kinase activity, it does not impact PleC phosphatase activity on DivK, which is required for pili biogenesis and flagellar rotation. Thus, PleC PAS domain interaction with PodJ regulates PleC subcellular localization, enzymatic activity, and the timing of cell differentiation, revealing that PAS domains affect enzymatic function on diverse substrates by relying on context dependent binding partners.