– CONE

La compréhension des mécanismes d'orientation des cellules vivantes est essentielle tant d?un point de vue fondamental qu?appliqué. La plupart des modèles d'orientation cellulaire portent sur des stimulations directionnelles simples, en espace et en temps. En pratique, les stimulations auxquelles les cellules sont soumises sont bien plus fluctuantes. Les expériences de laboratoire, les simulations numériques et les modèles proposés dans ce projet tournent tous autour de la même question: *comment les cellules arrivent-elles à s'orienter dans des environnements inhomogènes caractérisés par des barrières, des régions de piégeage et des signaux chimiotactiques variables ou même conflictuels?* Les travaux les plus en pointe sur cette question donnent des renseignements précieux mais ils restent largement qualitatifs. Il nous semble donc pertinent et opportun de mettre en place des approches plus quantitatives. Parmi les nombreux modèles biologiques pour lesquels cette question est pertinente, nous avons sélectionné trois organismes modèle: le guidage des axones, la chimiotaxie de /E. coli/ et celle de Dictyostelium discoideum. Ce faisant, nous avons choisi de garder une perspective large sur le problème de l'orientation cellulaire. Nous sommes en effet convaincus que la comparaison entre les solutions trouvées au cours de l?évolution par différents organismes est très importante, en particulier mais pas seulement, pour la modélisation. Les taches spécifiques auxquels nous nous attacherons sont les suivantes: 1) Nous développerons un nouveau système d?étude du guidage axonal basé sur les "microstickers », une technologie nouvelle pour la construction de dispositifs microfluidiques. Les microstickers permettront d?analyser l?orientation des axons en présence de stimulations chimioattractantes de GABA, statiques ou variables en temps et en espace. Ces données serviront pour modéliser les processus d'amplification et de filtrage du bruit dans la réponse axonale à des gradients externes. 2) Nous analyserons le processus d'orientation de Dictyostelium discoideum en présence de stimuli de AMPc périodiques en espace et en temps afin de mesurer la réponse fréquentielle des cellules. Nous nous attendons au comportement d?un filtre passe-bas et déterminerons la fréquence de coupure et le déphasage du filtre. Les modèles théoriques prédisent des réponses similaires pour des gradients statiques mais diffèrent pour des stimulations dynamiques. Les expériences proposées sont donc essentielles pour pouvoir discriminer parmi les différents modèles et faire avancer l'état de l'art dans le domaine. 3) Nous utiliserons nouvelle méthode d'inférence pour mesurer la fonction de réponse chimiotactique des bactéries. L'avantage majeur de notre nouvelle méthode est sa nature non-intrusive qui va nous permettre de mettre en relation les propriétés de la fonction de réponse chimiotactique et les propriétés de la nage des bactéries. Les données ainsi obtenues seront aussi utilisées pour tester un nouveau modèle théorique, basé sur la théorie des jeux contre la nature, qui produit des prédictions pour la fonction de réponse et sa variabilité au sein d'une population bactérienne. 4) La nage de E. coli en géométrie confinée sera analysée afin de déterminer la nature hydrodynamique vs biochimique de la réduction des tumblings observée au voisinage d'une surface. Nous étudierons aussi la nage en zigzag de E.coli dans un environnement "poreux" dans lequel un grand nombre d'obstacles, réalisés grâce à une matrice de micropiliers, sont présents. Notre but est de mesurer le courant de bactéries (permeabilité) induit par un gradient de chimioattractant (loi de Darcy) dans ce milieu poreux microfluidique. Cela nous renseignera sur le comportement de E. coli en fonction de la densité du reste de la colonie environnante (représentée ici par la densité de piliers). En conclusion, nous sommes confiants que ce projet : (i) produira des progrès notables dans la compréhension des processus fondamentaux d'orientation cellulaire, (ii) permettra de faire avancer les connaissances et la modélisation des trois systèmes modèles considérés, (iii) apportera de nouveaux outils microfluidiques d'intérêt général pour les sciences du vivant.