Quantitative morphological analysis of <i>Deinococcus radiodurans</i> elucidates complex dose-dependent nucleoid condensation during recovery from ionizing radiation
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT The extremophile Deinococcus radiodurans maintains a highly organized and condensed nucleoid as its default state, possibly contributing to its high tolerance to ionizing radiation (IR). Previous studies of the D. radiodurans nucleoid were limited by reliance on manual image annotation and qualitative metrics. Here, we introduce a high-throughput approach to quantify the geometric properties of cells and nucleoids using confocal microscopy, digital reconstructions of cells, and computational modeling. We utilize this novel approach to investigate the dynamic process of nucleoid condensation in response to IR stress. Our quantitative analysis reveals that at the population level, exposure to IR induced nucleoid compaction and decreased the size of D. radiodurans cells. Morphological analysis and clustering identified six distinct sub-populations across all tested experimental conditions. Results indicate that exposure to IR induced fractional redistributions of cells across sub-populations to exhibit morphologies associated with greater nucleoid condensation and decreased the abundance of sub-populations associated with cell division. Nucleoid-associated proteins (NAPs) may link nucleoid compaction and stress tolerance, but their roles in regulating compaction in D. radiodurans are unknown. Imaging of genomic mutants of known and suspected NAPs that contribute to nucleoid condensation found that deletion of nucleic acid-binding proteins, not previously described as NAPs, can remodel the nucleoid by driving condensation or decondensation in the absence of stress and that IR increased the abundance of these morphological states. Thus, our integrated analysis introduces a new methodology for studying environmental influences on bacterial nucleoids and provides an opportunity to further investigate potential regulators of nucleoid condensation. IMPORTANCE Deinococcus radiodurans , an extremophile known for its stress tolerance, constitutively maintains a highly condensed nucleoid. Qualitative studies have described nucleoid behavior under a variety of conditions. However, a lack of quantitative data regarding nucleoid organization and dynamics has limited our understanding of the regulatory mechanisms controlling nucleoid organization in D. radiodurans . Here, we introduce a quantitative approach that enables high-throughput quantitative measurements of subcellular spatial characteristics in bacterial cells. Applying this to wild-type or single-protein-deficient populations of D. radiodurans subjected to ionizing radiation, we identified significant stress-responsive changes in cell shape, nucleoid organization, and morphology. These findings highlight this methodology’s adaptability and capacity for quantitatively analyzing the cellular response to stressors for screening cellular proteins involved in bacterial nucleoid organization.
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».