Soutenance de thèse de CARCASSONNE Prunelle
Titre de thèse
Coordination du cycle cellulaire et de la motilité par un processus dépendant du di-GMP cyclique chez Myxococcus xanthus
Coordination of cell cycle and motility through a cyclic di-GMP–dependent process in Myxococcus xanthus
Résumé de la thèse
La division cellulaire est un processus complexe, finement orchestré dans le temps et dans l'espace pour garantir la production de cellules filles viables. Chez les cellules motiles, les déplacements doivent parfois être temporairement mis en pause afin d'éviter toute interférence avec les événements de division. Ainsi, de nombreuses cellules eucaryotes suspendent tout déplacement durant la mitose, notamment en désassemblant leurs complexes d'adhésion focaux pour assurer une bonne ségrégation des chromosomes. Certaines bactéries font face à des contraintes similaires et régulent elles aussi leur motilité en phase de division.
C'est le cas de Myxococcus xanthus, une bactérie motile, à Gram négatif, omniprésente dans les écosystèmes du sol. M. xanthus est capable de se déplacer sur des surfaces solides, seule ou en groupe, une capacité essentielle à son cycle de vie. Il a été montré que les bactéries de l'ordre des Myxococcales s'immobilisent avant la division (Reichenbach, Hans, 1965). Bien que les systèmes de motilité aient été largement étudiés chez M. xanthus, ni les mécanismes moléculaires à l'origine de cette pause ni même sa fonction ne sont à ce jour connus.
Pour comprendre comment la motilité est régulée pendant le cycle cellulaire, j'ai suivi la localisation des composants clés des systèmes de motilité ainsi que du divisome avec une haute résolution temporelle. Pour cela j'ai développé des approches de microscopie à fluorescence couplées à une méthode d'analyse d'image permettant d'établir la cartographie spatio-temporelle finement résolue de ces protéines. Aux stades tardifs du cycle cellulaire, nous avons observé un recrutement précoce des régulateurs de la motilité au futur site de division, ainsi qu'un démantèlement des deux systèmes de motilité.
À partir de cette observation, nous avons mis en place une approche de mutagenèse à haut débit couplée à du séquençage (TnSeq) qui nous a permis d'identifier un gène clé impliqué dans le couplage entre motilité et division cellulaire via un mécanisme dépendant de la concentration en di-GMP cyclique. Ce gène code pour une diguanylate cyclase, DmxA qui se localise au septum avant la division et induit une augmentation transitoire du niveau de di-GMP cyclique (María Pérez-Burgos, 2024). J'ai démontré que c'est cette augmentation de la concentration intracellulaire de di-GMP cyclique qui induit la pause pré-divisionnelle chez M. xanthus. En l'absence de DmxA, cette pause n'a pas lieu, ce qui conduit à des défauts de division et de motilité. Ainsi, pour la première fois, nous établissons un lien entre l'activité des systèmes de motilité de Myxococcus xanthus et une augmentation transitoire de la concentration en di-GMP cyclique induite par la diguanylate cyclase DmxA, un mécanisme de régulation qui pourrait être étendu à d'autres phases du cycle de vie de M. xanthus.
Thesis resume
Cell division is a complex process, finely regulated both spatially and temporally to produce viable daughter cells. In motile cells, movement must be carefully regulated to prevent interference with division. Many eukaryotic cells temporary stop moving upon cell division, often disassembling focal adhesion complexes to ensure proper chromosome segregation. Similarly, some bacteria also regulate their motility during cell division, highlighting similar challenges.
For instance, it has been shown that Myxococcales bacteria usually stop moving before division (Reichenbach, Hans, 1965). This occurs in Myxococcus xanthus, a motile, Gram-negative bacterium ubiquitously found in soils. M. xanthus is able to move on solid surfaces individually or in groups, which is crucial for its life cycle. Before cell division, motility is halted for half an hour. While motility has been extensively studied, the molecular mechanisms governing its regulation during the cell cycle remain unknown.
To characterize this pre-divisional pause and understand how motility and division machineries are coupled, I tracked key components of the motility systems and the divisome using high-temporal-resolution microscopy techniques that we developed. In the late stages of the cell cycle, we observed the early recruitment of motility regulators at the future division site, as well as the disassembly of the motility system.
Building on this observation, we developed a high-throughput mutagenesis approach followed by sequencing (TnSeq), which led us to identify a key gene responsible for coupling motility and cell division via a mechanism dependent on c-di-GMP concentration. This gene encodes a diguanylate cyclase, DmxA that localizes to the septum prior to division and induces a transient increase in c-di-GMP levels (María Pérez-Burgos, 2024). I demonstrated that this burst promotes a predivisional pause in M. xanthus. In the absence of DmxA, this pause does not occur, leading to division and motility defects. Thus, for the first time, we link the predivisional pause in Myxococcus xanthus to a c-di-GMP burst triggered by the diguanylate cyclase DmxA. We think that this regulatory mechanism may also serve other stages of the M. xanthus life cycle.