Chez les bactéries, les pôles cellulaires servent de domaines subcellulaires impliqués dans plusieurs processus cellulaires. Chez l’agent pathogène du choléra, Vibrio cholerae, en forme de bâtonnet incurvé, le pole contenant l’unique flagelle est impliqué dans la virulence. La protéine d’ancrage polaire HubP interagit avec plusieurs ATPases telles que ParA1 (ségrégation des chromosomes), ParC (localisation polaire du système de chimiotaxie) et FlhG (biosynthèse des flagelles), organisant ainsi l'identité polaire de V. cholerae. Cependant, les mécanismes moléculaires exacts de cet ancrage polaire doivent encore être élucidés. L’objectif de cette thèse est d’établir une vue d'ensemble de l'organisation de pôle cellulaire ce qui implique le mécanisme d’orchestration des différentes fonctions cellulaires par l’identification de l’ensemble des partenaires d'interaction de HubP ainsi que la cartographie fine du pôle cellulaire par microscopie à super résolution (PALM). Afin d’identifier de nouveaux partenaires d'interaction de HubP, j'ai étudié la différence de composition en protéines polaires entre les contextes HubP+ et HubP-. La composition en protéines polaires a été quantifiée de manière relative et absolue en ajoutant des Tag isobares aux protéines extraites de mini-cellules. Ces mini-cellules correspondent des petits compartiments cellulaires issus d’un évènement de division anormal proche du pole et sont enrichies en protéines polaires. Parmi ~800 protéines identifiées, ~ 80 protéines ont été considérées comme enrichies en contexte HubP+ incluant de nombreuses protéines attendues (FlhG, ParC et en aval des protéines de chimiotaxie). J'ai étudié la localisation de 14 protéines par microscopie à fluorescence et pu révéler 4 nouvelles protéines présentant une localisation polaire dépendant de HubP : VbrX, VbrY, et 2 protéines hypothétiques MotV et MotW. La délétion de motV et motW provoque un défaut significatif de propagation dans une gélose molle suggérant une implication dans la chimiotaxie et/ou la motilité. Alors que la microscopie électronique a montré que les deux mutants ont bien un flagelle polaire unique, le suivi-vidéo de leur déplacement a révélé que les deux mutants présentaient des défauts de nage assez distincts: ∆motV est plutôt affecté dans le changement de direction et ∆motW dans la vitesse de déplacement. Des expériences de microscopie fluorescente ont montré que MotV, MotW et HubP présentaient des dynamiques de localisation polaire distinctes au cours du cycle cellulaire. Pour une observation fine du pôle cellulaire par PALM, de nouveaux outils d’analyse d’image à haut débit étaient exigés. La précision des contours des petites cellules bactériennes faiblement contrastées n’est pas suffisante par l’observation en fond clair, j'ai développé une nouvelle technique de marquage avec des protéines fluorescentes photo-activables pour un tracé précis de la membrane interne ou du périplasme. En outre, nous avons créé un logiciel utilisant Matlab appelé Vibio qui intègre le contour de cellule et la liste des molécules obtenues par microscopie à super résolution. La capacité d’analyse à haut débit du logiciel permet d’étudier la distribution des molécules de l’échelle de la cellule unique à une population en orientant les cellules par leur courbure longitudinale. J’ai pu révéler que HubP est principalement localisé du côté convexe du pôle de la cellule, tandis que ses partenaires se situaient principalement au milieu du pôle. Mon travail de thèse a révélé avec succès de nouveaux partenaires d'interaction de HubP et la fonction de certaines protéines dans la motilité cellulaire. J'ai développé une nouvelle technique de microscopie pour une localisation subpolaire précise qui fonctionne bien pour l'analyse d'images PALM dans Vibio. J’ai ainsi pu faire progresser les connaissances de l’orchestration des fonctions polaires chez V. cholerae. / In rod shaped bacteria, cell poles serve as important subcellular domains involved in several cellular processes including motility, chemotaxis, protein secretion, antibiotic resistance, and chromosome segregation. In the cholera pathogen Vibrio cholerae, vibrioid rod shape and single polarized flagellum involve in the virulence. Polar landmark protein HubP was shown to interact with multiple ATPases, such as ParA1 (chromosome segregation), ParC (polar localization of chemotaxis apparatus), and FlhG (flagella biosynthesis), thus organizing the polar identity of V. cholerae by tethering proteins to cell pole. However, the exact molecular mechanisms are yet to be elucidated. In this thesis, I tackled to unveil comprehensive view of the cell pole organization which implies the orchestration of different cellular functions, by identifying further interaction partners of HubP as well as drawing conceivable picture of the cell pole by super-resolution photoactivated localization microscopy. To identify new interaction partners of HubP, I used minicells in which cell poles were enriched as they derived from cell division near the cell pole. Difference in protein composition between HubP+ and HubP- minicells were examined by isobaric tags for relative and absolute quantitation. Among ~800 proteins identified, ~80 proteins were considered to be enriched in HubP+ minicells including many expected proteins (FlhG, ParC and downstream chemotaxis proteins). I chose 14 proteins to investigate their subcellular localization with fluorescent microscopy. In conclusion, I discovered 4 proteins that showed polar localization in a HubP-dependent manner. These proteins are VbrX, VbrY, and 2 hypothetical proteins MotV and MotW. ∆motV and ∆motW showed significant defect in a diameter of travel in soft agar plate that suggesting the possible involvement in chemotaxis and/or motility. Whereas electron microscopy showed that both mutants possess intact monotrichous flagellum, video-tracking revealed that the two mutants showed rather distinct defects during swimming: MotV is rather turning mutant while MotW is a speed mutant. Fluorescent microscopy experiments indicated that MotV, MotW and HubP showed distinct polar dynamics over cell cycle. For fine-scale observation of the cell pole by PALM, it was appreciated that novel tools for high-throughput analysis was demanded. Since brightfield images are not sufficient to have accurate contours of small and low contrast bacterial cells, I developed new labeling technique with photoactivatable fluorescent proteins for precise outlining at either inner membrane or periplasm. Furthermore, we created Matlab-based software called Vibio which integrates cell outline and the list of molecules obtained by super-resolution microscopy. High-throughput capability of the software enabled to analyze distribution of detected molecules from single cell to whole bunch of cells in a manner that cells are oriented by cell curvature. These allowed me to discover that HubP is mostly lopsided at the convex side of the cell pole, while its partners mostly located middle of the pole. Altogether, I successfully unveiled 4 novel interaction partners of HubP. I revealed of the function of hypothetical proteins that are involved in cell motility. I developed new labeling technique for precise polar localization that works well for PALM image analysis in Vibio. Therefore, I observed precise polar localization of HubP and other polar proteins.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2018SACLS367 |
| Date | 26 October 2018 |
| Creators | Altinoglu, Ipek |
| Contributors | Université Paris-Saclay (ComUE), Yamaichi, Yoshiharu |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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