Corynebacteriales, Wag31, DivIVA, Morphologie, Croissance polaire, Transition divisome-élongasome, Imagerie cellulaire, Criblage à haut-débit, Morphoscreen, Segmentation bactérienne par IA

Comprendre la division cellulaire des bactéries est un défi bien actuel. Alors que la plupart des gènes de la division et leurs réseaux d'interaction ont été identifiés chez Bacillus subtilis ou Escherichia coli, les mécanismes moléculaires précis sont encore à percer, en particulier chez les bactéries ayant d'autres modes de croissance ou morphologies. Chez les Corynebacteriales, ordre incluant d'importants pathogènes humains tels que Mycobacterium tuberculosis ou Corynebacterium diphtheriae, de nombreux acteurs du divisome sont absents des génomes et l'assemblage de l'élongasome reste mystérieux. FtsZ et Wag31 servent respectivement d'armatures pour organiser le divisome au milieu de la cellule et pour assembler l'élongasome à ses pôles. Dans les bactéries en forme de bâtonnets, la croissance est réalisée aux pôles grâce à Wag31, ce qui sépare spatialement l'élongation de la division pendant la majeure partie du cycle cellulaire. Cependant, au moment où le site de division devient le futur pôle des cellules filles, le divisome et l'élongasome se doivent d'interférer, dans un remarquable contrôle spatial et temporel. Ce travail vise à mieux comprendre la dynamique et la régulation de Wag31 ainsi qu'à découvrir les acteurs et les régulateurs de la transition divisome-élongasome avec une approche intégrative mêlant biologie moléculaire et imagerie cellulaire. On a montré que Wag31 est nécessaire aussi bien à la morphologie qu'à la croissance polaire de C. glutamicum, mais pas à la présence des différentes couches de sa paroi ni à la division elle-même. L'étude de différents mutants de Wag31 a montré que la protéine localise au septum par des interactions protéine/protéine via son domaine N-terminal hautement conservé (DivIVA), et qu'elle a tendance à oligomériser et former des agrégats inertes aux pôles. La distribution de Wag31 entre les pôles et le septum suit un équilibre dynamique rompu lorsque l'intégrité du domaine N-terminal est affectée (mutation, troncation ou encombrement stérique), induisant alors une localisation unipolaire et une division altérée. Pour empêcher la formation d'un nouveau pôle avant la septation finale, Wag31 doit être étroitement régulée au septum, probablement par des protéines de la division. Nous avons identifié deux nouveaux membres du divisome formant un complexe stable : une molybdotransférase adaptée de type géphyrine (GLP) et son récepteur membranaire (GLPR). GLP interagit avec FtsZ, et GLPR avec Wag31. L'interaction entre le complexe GLPR/GLP, FtsZ et Wag31 est cruciale pour orchestrer la progression du cycle cellulaire, ce qui suggère que GLP et GLPR pourraient servir de régulateurs de la transition divisome-élongasome. Ces résultats apportent une compréhension moléculaire détaillée de la valse entre ces deux machineries, et révèlent que les Corynebacteriales ont développé un système protéique contrôlant la division cellulaire et la morphogenèse à l'image du système géphyrine/GlyR qui assure la médiation de la signalisation synaptique eucaryote grâce à l'organisation en réseau des récepteurs membranaires et du cytosquelette des microtubules. Parallèlement à ces travaux fondamentaux, nous avons développé des outils pour la segmentation automatique d'images impliquant l'IA, et commencé à mettre en place un criblage à haut débit pour identifier des molécules affectant des étapes clés du cycle cellulaire. Nous avons montré qu'interférer avec la division ou l'élongation induit des morphologies cellulaires différentes (longues cellules ramifiées ou petites cellules rondes), et nous exploiterons ces morphotypes pour trouver des molécules ciblant les mécanismes essentiels du cycle cellulaire, en réalisant l'analyse d'images par des réseaux de neurones convolutionnels (CNN). Les résultats préliminaires montrent qu'une telle méthode nous permet déjà de différencier plusieurs souches mutantes, certaines indifférenciables à l'oeil nu, ce qui ouvre la voie à l'identification de nouveaux composés.