Durant ce projet, nous nous sommes intéressés à une bactérie, D. radiodurans, un coque particulièrement connu pour ces extraordinaires capacités de résistance à différents facteurs de stress. Cependant, à cause de ses capacités de radiorésistance, cette bactérie a surtout été étudiée dans cette optique. Certaines caractéristiques de son cycle cellulaire restent méconnues, notamment (i) sa morphologie au cours de sa division ainsi que (ii) l’organisation et (iii) la ségrégation de son nucléoïde. Ces méconnaissances touchent aussi de façon plus générale toutes les bactéries de types coques, notamment de par la petite taille relative des bactéries qui a été un frein pour leurs études en microscopie photonique.Le but du projet de thèse est donc de mieux comprendre comment les bactéries sont capables d’avoir un nucléoïde très compacté, mais en même temps, dynamique et restant accessible pour les différents mécanismes tels que la réplication de l’ADN, sa transcription ou sa réparation. Dans ce but, nous avons exploré l’organisation en 4D ainsi que la dynamique du nucléoïde de D. radiodurans, en fonction du cycle de vie de la bactérie, de sa phase de croissance. Afin de réaliser ces objectifs, plusieurs stratégies ont été poursuivies : (i) des timelapses en 3D par microscopie confocale (ii) l’étude dynamique du nucléoïde par FRAP et par SptPALM, et (iii) la cartographie des protéines associées au nucléoïde réalisé par microscopie de super-résolution (PALM). / During this PhD work, we have studied on D. radiodurans, a coccus, known for its intriguing outstanding resistance to different stress factors. Studies on D. radiodurans have been mainly focusing on its tremendous radioresistance. 52 years after its discovery, its nucleoid organization/segregation as well as its cell morphology during its cell cycle still remain elusive. Most of our knowledge on the bacteria shape during division and on the nucleoid organization/segregation arises from the study of a small number of “model bacteria”, that are mainly rod-shaped or ovoid. In contrast, little is known on the nucleoid organization/segregation of cocci. Moreover, the small relative size of bacteria and of their nucleoids (<1µm3) has limited their studies by conventional microscopy.Thus, one of the aims of this PhD project is to contribute to a better understanding of the cell morphology and the nucleoid organization/segregation in cocci. For that matter, we explored the 4D organization and the dynamics of D. radiodurans nucleoids, as a function of the cell cycle progression and growth phase. In order to achieve the objective of this PhD, several strategies were undertaken: (i) timelapse 3D stacks by spinning confocal microscopy (ii) dynamics studies with FRAP analysis and SptPALM acquisitions, and (iii) cartographies of nucleoid associated proteins using super-resolution microscopy (PALM).

La division bactérienne résulte de la constriction de la membrane, menée par la protéine du cytosquelette FtsZ, et de l’expansion et du remodelage de la paroi, réalisés par des synthétases et des hydrolases de la paroi. La coordination de ces processus au sein d’un macrocomplexe protéique, le divisome, est nécessaire au maintien de la forme et de l’intégrité bactérienne. J’ai étudié deux aspects importants de ce mécanisme de coordination chez le pathogène humain Streptococcus pneumoniae. J’ai déterminé in vivo la nanostructure de la protéine FtsZ en développant l’utilisation du PALM (PhotoActivated Localization Microscopy)chez le pneumocoque. Cette technique, basée sur la détection de molécules uniques et permettant une résolution de 20-40 nm, a révélé des aspects inattendus (dimensions, amas, sous-structures) de l’architecture de l’anneau de FtsZ au cours du cycle cellulaire. En parallèle, j’ai étudié le rôle de l’hydrolase Pmp23 par génétique, biochimie et microscopie à fluorescence. Mon travail a montré que Pmp23 est requise pour la stabilité des macrostructures du divisome du pneumocoque, révélant une nouvelle connexion entre le métabolisme de la paroi et la division cellulaire. / Bacterial division results from the combination of membrane constriction, driven by the cytoskeletal protein FtsZ, with cell wall expansion and remodeling, performed by cell wall synthases and hydrolases. Coordination of these processes within a large protein complex known as the divisome ensures cell integrity and maintenance of cell shape. I have investigated two important aspects of this coordination mechanism in the human pathogen Streptococcus pneumoniae. I determined the in vivo nanostructure of the divisome scaffolding protein FtsZ by developing the use of PhotoActivated Localization Microscopy (PALM) in the pneumococcus. PALM, which is based on the detection of single fluorescent labels and allows 20-40 nm resolution, has revealed unexpected features (dimensions, clusters, new substructures) of the FtsZ-ring architecture along the cell cycle. In parallel, I studied the role of the cell wall hydrolase Pmp23 using genetics, biochemistry and fluorescence microscopy. My work has shown that Pmp23 is required for the stability of divisome macrostructures in the pneumococcal cell, revealing a new connection between cell wall metabolism and cell division.