The cyanobacterial cell division factor Ftn6 contains an N-terminal DnaD-like domain

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>DNA replication and cell cycle as well as their relationship have been extensively studied in the two model organisms <it>E. coli </it>and <it>B. subtilis</it>. By contrast, little is known about these processes in cyanobacteria, even though they are crucial to the biosphere, in utilizing solar energy to renew the oxygenic atmosphere and in producing the biomass for the food chain. Recent studies have allowed the identification of several cell division factors that are specifics to cyanobacteria. Among them, Ftn6 has been proposed to function in the recruitment of the crucial FtsZ proteins to the septum or the subsequent Z-ring assembly and possibly in chromosome segregation.</p> <p>Results</p> <p>In this study, we identified an as yet undescribed domain located in the conserved N-terminal region of Ftn6. This 77 amino-acids-long domain, designated here as FND (Ftn6 N-Terminal Domain), exhibits striking sequence and structural similarities with the DNA-interacting module, listed in the PFAM database as the DnaD-like domain (pfam04271). We took advantage of the sequence similarities between FND and the DnaD-like domains to construct a homology 3D-model of the Ftn6 FND domain from the model cyanobacterium <it>Synechocystis </it>PCC6803. Mapping of the conserved residues exposed onto the FND surface allowed us to identify a highly conserved area that could be engaged in Ftn6-specific interactions.</p> <p>Conclusion</p> <p>Overall, similarities between FND and DnaD-like domains as well as previously reported observations on Ftn6 suggest that FND may function as a DNA-interacting module thereby providing an as yet missing link between DNA replication and cell division in cyanobacteria. Consistently, we also showed that Ftn6 is involved in tolerance to DNA damages generated by UV rays.</p

Chromosome organization by a conserved condensin-ParB system in the actinobacterium Corynebacterium glutamicum

Higher-order chromosome folding and segregation are tightly regulated in all domains of life. In bacteria, details on nucleoid organization regulatory mechanisms and function remain poorly characterized, especially in non-model species. Here, we investigate the role of DNA-partitioning protein ParB and SMC condensin complexes in the actinobacterium Corynebacterium glutamicum. Chromosome conformation capture reveals SMC-mediated long-range interactions around ten centromere-like parS sites clustered at the replication origin (oriC). At least one oriC-proximal parS site is necessary for reliable chromosome segregation. We use chromatin immunoprecipitation and photoactivated single-molecule localization microscopy to show the formation of distinct, parS-dependent ParB-nucleoprotein subclusters. We further show that SMC/ScpAB complexes, loaded via ParB at parS sites, mediate chromosomal inter-arm contacts (as previously shown in Bacillus subtilis). However, the MukBEF-like SMC complex MksBEFG does not contribute to chromosomal DNA-folding;instead, this complex is involved in plasmid maintenance and interacts with the polar oriC-tethering factor DivIVA. Our results complement current models of ParB-SMC/ScpAB crosstalk and show that some condensin complexes evolved functions that are apparently uncoupled from chromosome folding

A checkpoint control orchestrates the replication of the two chromosomes of Vibrio cholerae

International audienceBacteria with multiple chromosomes represent up to 10% of all bacterial species. Unlike eukaryotes, these bacteria use chromosome-specific initiators for their replication. In all cases investigated, the machineries for secondary chromosome replication initiation are of plasmid origin. One of the important differences between plasmids and chromosomes is that the latter replicate during a defined period of the cell cycle, ensuring a single round of replication per cell. Vibrio cholerae carries two circular chromosomes, Chr1 and Chr2, which are replicated in a well-orchestrated manner with the cell cycle and coordinated in such a way that replication termination occurs at the same time. However, the mechanism coordinating this synchrony remains speculative. We investigated this mechanism and revealed that initiation of Chr2 replication is triggered by the replication of a 150-bp locus positioned on Chr1, called crtS. This crtS replication-mediated Chr2 replication initiation mechanism explains how the two chromosomes communicate to coordinate their replication. Our study reveals a new checkpoint control mechanism in bacteria, and highlights possible functional interactions mediated by contacts between two chromosomes, an unprecedented observation in bacteria

Analyse de la division cellulaire de la Cyanobactérie sphérique Synechocystis PCC6803

La division cellulaire est un processus quasi-universel permettant aux cellules de se propager. Elle comprend l'ensemble des mécanismes moléculaires qui permettent à une cellule de dupliquer fidèlement et de partager équitablement son information génétique entre deux cellules filles de même taille dans le cas fréquent de la division cellulaire symétrique qui fait l'objet de cette thèse. Chez les bactéries, pour des raisons historiques, ce phénomène a principalement été étudié chez les deux organismes cylindriques Escherichia coli et Bacillus subtilis. . Leur cycle cellulaire comprend une phase d'élongation impliquant la synthèse du peptidoglycane dit "périphérique" concomitante à la réplication du génome. Cette étape est suivie de l'assemblage au milieu de la cellule, le futur site de division, d'un "anneau" résultant de la polymérisation de la protéine FtsZ (homologue structural de la tubuline). Cet anneau "Z" sert de charpente à l'assemblage du complexe cytokinètique, qui comprend au moins une douzaine de protéines impliquées dans le processus de septation, c'est-à-dire la synthèse du peptidoglycane septal, l'invagination membranaire, la fermeture du septum, la séparation des deux cellules filles ainsi que les dernières étapes de la ségrégation des chromosomes. La cytokinèse demeure largement méconnues chez les bactéries sphériques dont les cellules possèdent, contrairement aux cylindriques, une infinité de plans médians potentiels. Ces organismes comprennent notamment de nombreux pathogènes (Streptococcus, Staphylocococcus) et un certain nombre de cyanobactéries (Synechcocystis PCC6803, Mycrocystis Aeruginaosa ...). Ces dernières sont des organismes importants pour la biosphère et possèdent un fort potentiel biotechnologique. Elles sont également intéressantes pour l'analyse comparative de la morphogénèse et la cytokinèse des cellules sphériques et cylindriques dans un contexte physiologique très semblable (le métabolisme photoautotrophique). En effet, de nombreuses cyanobactéries ont une morphologie cellulaire sphérique tandis que les autres sont cylindriques. Les cyanobactéries, notamment les espèces sphériques, sont également intéressantes pour aider à comprendre la division du chloroplaste qui a une morphologie sphérique et dérive d'une cyanobactérie ancestrale. C'est pour ces différentes raisons que j'ai analysé la cytokinèse de la cyanobactérie sphérique Synechocystis PCC6803, qui se prête bien aux approches de génomique fonctionnelle grâce aux outils développés au laboratoire. 16 Au début de ma thèse, seul quatre facteurs cytokinétiques de Synechocystis (FtsZ, ZipN, et MinCDE) avait été identifiés, grâce aux travaux de notre équipe. Mon travail a débuté par l'identification de facteurs cytokinétiques possible de Synechocystis, en recherchant des orthologues putatifs des protéines du divisome d'E. coli et B. subtilis. Nous avons ainsi repéré 24 protéines potentiellement impliquées dans la division cellulaire de Synechocystis. Ces 24 protéines ont été analysées comme suit: (i) construction et analyse phénotypique (croissance et cytokinèse) de mutants dépourvus (en totalité, ou en partie quand la protéine est indispensable à la croissance) d'un ou plusieurs facteurs; (ii) recherche d'interactions protéiques entre ces nouveaux facteurs et ceux caractérisés auparavant (FtsZ et ZipN; 23 interactions détectées sur 300 testées) ; (iii) localisation subcellulaire de ces nouveaux facteurs; et (iv) influence de l'absence (totale ou partielle) de ces nouveaux facteurs cytokinétiques sur la localisation des polymères de FtsZ (qui ne demeurent pas toujours capables de former un anneau au milieu des cellules). Ces travaux m'ont permis de caractériser 14 facteurs cytokinétiques. Six (SepF, ZipS/Ftn6, DivIVA, FtsQ, FtsI et FtsW) sont essentiels à la croissance, ainsi qu'à la cytokinèse et/ou la morphogénèse de Synechocystis. Sept facteurs (les "penicillin-binding proteins": PBP1, PBP2, PBP3, PBP5, PBP8, PBP6, PBP7) participent à la cytokinèse et/ou à la morphogénèse sans être essentiels. Le dernier facteur (YlmD), semble ne pas intervenir dans la croissance (dans les conditions très favorable du laboratoire) et la morphogénèse mais présente des interactions avec certaines protéines cytokinétiques clés (ZipN, FtsQ et FtsI). J'ai notamment montré : (i) l'importance de chaque classe de PBPs pour la morphogénèse et/ou la cytokinès ; (ii) leurs interactions avec les facteurs cytokinètiques FtsQ, FtsI et FtsW, vraisemblablement impliqués la synthèse du peptidoglycane septal (Article 1); (iii) que les protéines SepF et ZipS/Ftn6 se localisent au septum, en interagissent physiquement avec la protéine FtsZ, et qu'elles influencent la formation et le positionnement des polymères de FtsZ, normalement en anneau au milieu des cellules. SepF est d'ailleurs capable de stimuler la polymérisation de FtsZ in vitro (Article 2); (iv) ZipS/Ftn6 possède un domaine N-terminal analogue (séquence et structure) avec le domaine DnaD de divers facteurs d'initiation de la réplication suggérant que ZipS/Ftn6 pourrait participer au dialogue entre la réplication du génome et la cytokinèse (Article 4); (v) Finalement, j'ai montré que ZipN joue un rôle central dans l'organisation du divisome de Synechocystis, et (vi) intégré et représenté l'ensemble des données disponibles dans un modèle de travail (le premier modèle pour une cyanobactérie, Article 3)

Metagenome Analysis Exploiting High-Throughput Chromosome Conformation Capture (3C) Data.

International audienceMicrobial communities are complex and constitute important parts of our environment. Genomic analysis of these populations is a dynamic research area but remains limited by the difficulty in assembling full genomes of individual species. Recently, a new method for metagenome assembly/analysis based on chromosome conformation capture has emerged (meta3C). This approach quantifies the collisions experienced by DNA molecules to identify those sharing the same cellular compartments, allowing the characterization of genomes present within complex mixes of species. The exploitation of these chromosome 3D signatures holds promising perspectives for genome sequencing of discrete species in complex populations. It also has the potential to assign correctly extra-chromosomal elements, such as plasmids, mobile elements and phages, to their host cells

Analyse de la division cellulaire de la cyanobactérie sphérique Synechocystis PCC6803

La division cellulaire est un processus quasi-universel permettant aux cellules de se propager. Elle comprend l'ensemble des mécanismes qui permettent à une cellule de dupliquer et de partager son information génétique entre deux cellules filles. Chez les bactéries, ce phénomène a principalement été étudié chez les organismes cylindriques E. Coli et B. subtilis. Leur cycle cellulaire comprend une phase d'élongation concomitante à la réplication du génome. Cette étape est suivie de l'assemblage au milieu de la cellule d'un "anneau" résultant de la polymérisation de la protéine FtsZ. Cet anneau sert de charpente à l'assemblage du complexe cytokinétique. La cytokinèse demeure largement méconnue chez les bactéries sphériques qui comprennent notamment de nombreux pathogènes et un certain nombre de cyanobactéries qui sont des organismes importants pour la biosphère. C'est pour ces différentes raisons que j'ai analysé la cytokinèse de la cyanobactérie sphérique synechocystis PCC6803. J'ai montré : (i) l'importance de chaque classe de PBPs pour la morphogénèse et/ou la cytokinèse; (ii) leurs interactions avec les facteurs FtsQ, FtsI et FtsW; (iii) que les protéines SepF et Ftn6 se localisent au septum, en interagissant physiquement avec FtsZ, et qu'elles influencent la formation des polymères de FtsZ; (iv) Ftn6 possède un domaine analogue avec le domaine DnaD de facteurs d'inititation de la réplication suggérant que Ftn6 pourrait participer au dialogue entre la réplication du génome et la cytokinèse; (v) Finalement, j'ai montré que ZipN joue un rôle un rôle central dans l'organisation du divisome de synechocystis, et (vi) intégré l'ensemble des données dans un modèle de travail.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Metagenomes Binning Using Proximity-Ligation Data

International audienceMicrobial communities are key components of all ecosystems, but characterization of their complete genomic structure remains challenging. Typical analysis tends to elude the complexity of the mixes in terms of species, strains, as well as extrachromosomal DNA molecules. Recently, approaches have been developed that bins DNA contigs into individual genomes and episomes according to their 3D contact frequencies. Those contacts are quantified by chromosome conformation capture experiments (3C, Hi-C), also known as proximity-ligation approaches, applied to metagenomics samples. Here, we present a simple computational pipeline that allows to recover high-quality Metagenomics Assemble Genomes (MAGs) starting from metagenomic 3C or Hi-C datasets and a metagenome assembly

Scaffolding bacterial genomes and probing host-virus interactions in gut microbiome by proximity ligation (chromosome capture) assay

International audienceThe biochemical activities of microbial communities, or microbiomes, are essential parts of environmental and animal ecosystems. The dynamics, balance, and effects of these communities are strongly influenced by phages present in the population. Being able to characterize bacterium-phage relationships is therefore essential to investigate these ecosystems to the full extent of their complexity. However, this task is currently limited by (i) the ability to characterize complete bacterial and viral genomes from a complex mix of species and (ii) the difficulty to assign phage sequences to their bacterial hosts. We show that both limitations can be circumvented using meta3C, an experimental and computational approach that exploits the physical contacts between DNA molecules to infer their proximity. In a single experiment, dozens of bacterial and phage genomes present in a complex mouse gut microbiota were assembled and scaffolded de novo. The phage genomes were then assigned to their putative bacterial hosts according to the physical contacts between the different DNA molecules, opening new perspectives for a comprehensive picture of the genomic structure of the gut flora. Therefore, this work holds far-reaching implications for human health studies aiming to bridge the virome to the microbiome