– Morphoscale

1-Contexte scientifique et objectifs du projet : MORPHOSCALE est consacré à la reconstruction morphodynamique multiéchelle des champs morphogénétiques au cours de l'embryogenèse précoce d'un vertébré. Le projet est fondé sur une interaction interdisciplinaire forte entre les partenaires (biologie, mathématique, et physique statistique). Morphoscale met en oeuvre des protocoles originaux pour recueillir les données nécessaires à la reconstruction des dynamiques multi-échelles et à l'élaboration de modèles théoriques visant à expliquer l'émergence des patterns embryonnaires. Notre système modèle est le téléostéen Danio rerio et Morphoscale est consacré à l'étude des étapes de l'embryogenèse dites de clivage et de gastrulation (soit les 10 premières heures de développement à 28°C). Au cours de cette période, le nombre total de cellules de l'embryon augmente de 1 à 10 000 et les cellules se diversifient biochimiquement et morphologiquement. En outre, leurs mouvements coordonnés produisent les structures caractéristiques de l'embryon de vertébré avec la mise en place et la régionalisation des structures le long des axes dorso-ventral et antéro-postérieur du corps. Nous explorons dans Morphoscale la possibilité d'expliquer l'embryogenèse des vertébrés en termes de mouvements collectifs de populations cohérentes de cellules qui correspondraient au concept embryologique de champ morphogénétique. Nous faisons l'hypothèse que dans l'embryon, les mouvements collectifs de populations cellulaires émergent des mouvements locaux des cellules, de leurs interactions et de leurs fluctuations. Cependant l'embryogenèse dans sa globalité requiert certainement aussi des interactions rapides et à longues portées. Nous explorerons la possibilité qu'un couplage mécanique et/ou électrique joue ce rôle. La question de l'émergence du comportement cellulaire dans l'embryon de vertébré à partir des interactions à courte et à longue portée relève d'un problème générique, transversal aux systèmes complexes, avec la manipulation de larges séries de données spatio-temporelles et la détection de corrélations spatiotemporelles dans la dynamique des populations. Le présent projet est la composante française des projets CE Embryomics et BioEmergences (NEST adventure et measuring the impossible ) coordonnés par les partenaires 1 et 2 respectivement). Il est conçu pour étendre les objectifs de notre consortium européen en abordant de nouveaux aspects expérimentaux et théoriques de mesure, reconstruction et modélisation des dynamiques multi-échelles. 2-Description du projet, méthodologie: Les paramètres pertinents du mouvement cellulaire, des déformations et des divisions cellulaires seront extraits des images 4-D reconstruites à partir de l'observation d'embryons vivants. Notre stratégie repose sur la microscopie à balayage laser multiphoton résolue en temps (tâche du partenaire 1 DEPSN). L'imagerie à haute résolution d'embryons transgéniques présentant un marquage fluorescent révélant des structures sub-cellulaires ou moléculaires sera utilisée pour reconstruire le lignage cellulaire comme un processus de branchement déployé dans l'espace et le temps et annoté avec les paramètres significatifs du comportement cellulaire extraits automatiquement et codés informatiquement. La reconstruction 4-D des patterns morphogénétiques nécessite la mise en œuvre de traitement d'image de bas niveau et de haut niveau avec les stratégies des projets Embryomics et BioEmergences (coordonné par le partenaire 2 CREA). Le couplage mécanique des cellules et des populations cellulaires sera déduit de la dynamique des filaments d'actines et des microtubules imagés en 4-D à partir d'embryons exprimant de façon ubiquitaire des protéines de fusion actine/eGFP ou tubuline/eGFP Le couplage électrique des cellules sera évalué avec la dynamique spatio-temporelle des vagues calciques, enregistrée dans un animal transgénique exprimant une sonde calcique. L'expérimentation et l'acquisition de don.