The mechanisms of Z-ring assembly and regulation in bacteria are poorly understood, particularly in non-model organisms. Actinobacteria , one of the largest bacterial phyla that includes the deadly human pathogen Mycobacterium tuberculosis , lack the canonical FtsZ-membrane anchors as well as all positive and negative Z-ring regulators described for E. coli . Here we investigate the physiological function of Corynebacterium glutamicum SepF, the only cell division-associated protein from Actinobacteria known to directly interact with the conserved C-terminal tail of FtsZ but whose actual mode of action in cytokinesis is yet to be elucidated. We used a mechanistic cell biology approach to unveil the essential interdependence of FtsZ and SepF required for the formation of a functional Z-ring in the actinobacterial model organism C. glutamicum . The crystal structure of the SepF-FtsZ complex reveals a hydrophobic FtsZ-binding pocket, which defines the SepF homodimer as the functional unit, and a reversible oligomerization interface regulated via an alpha helical switch. FtsZ filaments and lipid membranes have opposing effects on SepF polymerization, leading to a complex dynamic role of the protein at the division site, involving FtsZ bundling, Z-ring tethering and membrane reshaping activities that are needed for proper Z-ring assembly and function.

Intraflagellar transport (IFT) is the rapid bidirectional movement of large protein complexes driven by kinesin and dynein motors along microtubule doublets of cilia and flagella. Here we used a combination of high-resolution electron and light microscopy to investigate how and where these IFT trains move within the flagellum of the protist Trypanosoma brucei. Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) analysis of trypanosomes showed that trains are found almost exclusively along two sets of doublets (3-4 and 7-8) and distribute in two categories according to their length. High-resolution live imaging of cells expressing mNeonGreen::IFT81 or GFP::IFT52 revealed for the first time IFT trafficking on two parallel lines within the flagellum. Anterograde and retrograde IFT occur on each of these lines. At the distal end, a large individual anterograde IFT train is converted in several smaller retrograde trains in the space of 3-4 seconds while remaining on the same side of the axoneme.

Abstract Pigment organelles of vertebrates belong to the lysosome-related organelle (LRO) family, of which melanin-producing melanosomes are the prototypes. While their anabolism has been extensively unraveled through the study of melanosomes in skin melanocytes, their catabolism remains poorly known. Here, we tap into the unique ability of crab spiders to reversibly change body coloration to examine the catabolism of their pigment organelles. By combining ultrastructural and metal analyses on high-pressure frozen integuments, we first assess whether pigment organelles of crab spiders belong to the LRO family and, second, how their catabolism is intracellularly processed. Using scanning-transmission electron microscopy, electron tomography and nanoscale Synchrotron-based scanning X-ray fluorescence, we show that pigment organelles possess ultrastructural and chemical hallmarks of LROs, including intraluminal vesicles and metal deposits, similar to melanosomes. Monitoring ultrastructural changes during bleaching suggests that the catabolism of pigment organelles involves the degradation and removal of their intraluminal content, possibly through lysosomal mechanisms. In contrast to skin melanosomes, anabolism and catabolism of pigments proceed within the same cell without requiring either cell death or secretion/phagocytosis. Our work hence provides support for the hypothesis that the endolysosomal system is fully functionalized for within-cell turnover of pigments, leading to functional maintenance under adverse conditions and phenotypic plasticity. First formulated for eye melanosomes in the context of human vision, the hypothesis of intracellular turnover of pigments gets unprecedented strong support from pigment organelles of spiders.

Abstract The compaction of chromatin is a prevalent paradigm in gene repression. Chromatin compaction is commonly thought to repress transcription by restricting chromatin accessibility. However, the spatial organisation and dynamics of chromatin compacted by gene-repressing factors are unknown. Using cryo-electron tomography, we solved the three dimensional structure of chromatin condensed by the Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1) in a complex with CBX8. PRC1-condensed chromatin is porous and stabilised through multivalent dynamic interactions of PRC1 with chromatin. Within condensates, PRC1 remains dynamic while maintaining a static chromatin structure. In differentiated mouse embryonic stem cells, CBX8-bound chromatin remains accessible. These findings challenge the idea of rigidly compacted polycomb domains and instead provides a mechanistic framework for dynamic and accessible PRC1-chromatin condensates.

The flagellum of Trypanosoma brucei is a 20 micrometre-long organelle responsible for locomotion and cell morphogenesis. The flagellum attachment zone (FAZ) is a multi-protein complex whose function is to attach the flagellum to the cell body but also to guide cytokinesis. Cryo-transmission electron microscopy is a tool of choice to access the close-to-native structure of the FAZ. However, because of the large dimension of the cell body, the whole FAZ cannot be structurally studied in situ at high resolution in 3D using classical transmission electron microscopy approaches. In the present work, cryo-scanning transmission electron tomography, a new method capable of investigating thick cryo-fixed biological samples, has been used to study the structure and organisation of whole T. brucei cells at the bloodstream stage. The method allowed to visualise intracellular structures located deep inside the cells such as the nucleus and the nuclear envelope and to localise nuclear pore complexes. The organisation of the stick-like structure of the macromolecular protein complexes composing the FAZ filament is depicted from the posterior part to the anterior tip of the cell. This study provides new insights in the structure the FAZ filament.

ABSTRACT Bacterial chromosomic DNA is packed within a membrane-less structure, the nucleoid, thanks to proteins called Nucleoid Associated Proteins (NAPs). The NAP composition of the nucleoid varies during the bacterial life cycle and is growth phase-dependent. Among these NAPs, Hfq is one of the most intriguing as it plays both direct and indirect roles on DNA structure. Indeed, Hfq is best known to mediate post-transcriptional regulation by using small noncoding RNA (sRNA). Although Hfq presence in the nucleoid has been demonstrated for years, its precise role is still unclear. Recently, it has been shown in vitro that Hfq belongs to the bridging family of NAPs. Its bridging mechanism relies on the formation of the amyloid-like structure of Hfq C-terminal region. Here, using cryo soft X-ray tomography imaging of native unlabelled cells and using a semi-automatic analysis and segmentation procedure, we show that Hfq significantly remodels the Escherichia coli nucleoid, especially during the stationary growth phase. Hfq influences both nucleoid volume and absorbance. Hfq cumulates direct effects and indirect effects due to sRNA-based regulation of other NAPs. Taken together, our findings reveal a new role for this protein in nucleoid remodelling that may serve in response to stress conditions and in adapting to changing environments. This implies that Hfq regulates nucleoid compaction directly via its interaction with DNA, but also at the post-transcriptional level via its interaction with RNA.