Linking single cell directionality to dynamic multicellular transitions in Myxococcus xanthus : a multiscale analysis

par Eugénie Martineau

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Tâm Mignot.

Soutenue le 21-03-2018

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie bactérienne (Marseille) (laboratoire) .

Le président du jury était Amel Latifi.

Le jury était composé de Albert Goldbeter, Nicolas Desprat.

Les rapporteurs étaient Nelly Henry, Agnese Seminara.

  • Titre traduit

    Etude de la relation entre directionnalité d'une cellule individuelle et comportements dynamiques multicellulaires chez Myxococcus xanthus


  • Résumé

    La δ-proteobactérie Myxococcus xanthus est étudiée depuis des décennies pour sa capacité à s’auto-organiser en réponse à des stimuli environnementaux. Cette bactérie colonise des niches écologiques favorables grâce à sa capacité à se mouvoir sur des surfaces. Cette motilité lui permet d’avoir un comportement prédateur envers des organismes proies, alors qu’en absence de nutriments, elle met en place un processus développemental permettant la formation de corps fructifères contenant des myxospores résistant aux stress environnementaux. Tous ces comportements multicellulaires requièrent un contrôle dynamique de la polarité de la cellule, établi par trois protéines polaires : MglA, MglB et RomR. Ensemble, elles définissent la direction de la cellule, qui peut être rapidement inversée sous l’action du système chimiotactique Frz (réversion). Dans ce travail de thèse, à travers une approche expérimentale et computationnelle, nous avons mis en évidence que le système de régulation forme un nouveau type d’oscillateur protéique, contrôlé par deux protéines RomR et FrzX, qui agissent ensemble et de manière complémentaire pour déclencher la réversion à l’arrière des cellules. L’architecture unique de ce système permet une réponse très large à différents stimuli, essentielle pour de nombreux comportements multicellulaires. Afin de comprendre l’importance de ces transitions, nous avons mis au point un outil à haute résolution spatiale et temporelle afin de connecter les cellules individuelles aux comportements multicellulaires, et ainsi comprendre le rôle du système Frz dans un modèle multicellulaire de prédation.

    mots clés mots clés

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  • Résumé

    The δ-proteobacteria Myxococcus xanthus has been a model of study for decades for its self-organized behavior as a response of environmental stimuli. It colonizes favorable ecological niches by using surface motility. In particular, this motility allows M.xanthus to predate collectively over prey microorganisms, while under starvation they start a developmental process to form macroscopic fruiting bodies, filled with environmental resistant myxospores. All these multicellular behaviors require a dynamic control of the cell polarity established by the polarity proteins MglA, MglB and RomR. Together, they define the direction of movement of the cell, which can be rapidly inverted by the Frz chemosensory system (reversion). In this thesis work, through combined computational/experimental approaches, we highlight that the regulation system forms a new type of biochemical oscillator, controlled by two proteins RomR and FrzX, which act together through complementary action to trigger the reversion at the lagging pole. The unique architecture of this system allows a wide response to various stimuli, which could be very beneficial for collective cell behaviors. To understand the importance of these transitions, we have developed a new high-resolution single cell assay linking single cMARTINEAU EUGENIE 2018AIXM0089/016ED62 2018/03/21 62 SCES SCHell behaviors to multicellular structures at unprecedented spatial and temporal resolutions. This way, we have investigated the role of the newly identified biochemical oscillator in the multicellular model of predation.


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