Identification du rôle mécanique des tissus internes dans la morphogenèse – MechInMorph

Le but de ce projet est de décrypter physiquement et biologiquement l'action mécanique résultant de la croissance de tissus internes sur la morphogenèse des cellules les recouvrant. Au cours des vingt dernières années, il a été démontré sans ambiguïté que la mise en place des patrons de développement des organes et des tissus dépendait de l’expression régionalisée de protéines (ou “morphogènes”). En réponse à ces molécules, les cellules expriment des protéines qui définissent l’identité cellulaire et coordonnent le développement respectif des cellules, ce qui permet la formation harmonieuse des organes et tissus. Cependant, ce cadre conceptuel ne tient pas compte du fait que les cellules sont aussi des objets physiques et sont donc soumises à des lois mécaniques qui peuvent influer sur la morphogenèse cellulaire et tissulaire. Au niveau de la cellule, il est acquis que les changements de forme dépendent de la génération intrinsèque de forces (régulation du réseau d’actomyosine chez les animaux et pression osmotique chez les végétaux). L'implication des interactions physiques entre cellules lors de la morphogenèse n'a été abordée qu'au niveau des ectodermes. Le rôle mécanique des tissus internes est donc inconnu à ce jour.
Notre but est donc de s'attaquer à cette question en mesurant les propriétés physiques des cellules et des tissus internes et établissant des corrélations entre l'activité des régulateurs de la forme cellulaire et la modification des forces physiques extrinsèques qui agissent sur les cellules.
Les modèles choisis sont le follicule ovarien de la drosophile et le primordium floral d'Arabidopsis. Dans ces deux modèles, très éloignés phylogénétiquement, la morphogenèse d'une couche cellulaire (les cellules folliculaires et la couche L1 de l'épiderme floral) se produit sous l’effet de la tension générée par la croissance d'un tissu interne (la lignée germinale et les couches L2 et L3 du sous épiderme) et est limitée par la matrice extracellulaire (la membrane basale et la paroi végétale). La même question de développement (rôle mécanique de la croissance d'un tissu interne lors de la morphogenèse d'une couche cellulaire adjacente) est donc au cœur de ces deux processus morphogénétiques. Pour répondre à cette question, les mêmes méthodes d'analyses physiques seront utilisées. Ces méthodes seront intrinsèquement validées grâce à l'utilisation de mutants et d'outils moléculaires, présents en grand nombre dans ces modèles, et extrinsèquement par l'utilisation de deux modèles différents.
Conceptuellement, ce projet est divisé en quatre étapes.
Premièrement, une vision globale du processus morphogénétique dans ces modèles sera obtenue en effectuant des mesures morphométriques de toutes les cellules impliquées et en mesurant la rigidité relative entre les différentes couches cellulaires au moyen de compressions micromécaniques.
Deuxièmement, nous mesurerons la pression osmotique des cellules internes et la rigidité de la matrice extracellulaire en contexte sauvage, en utilisant des milieux de culture de différentes osmolarités et un microscope à force atomique.
Troisièmement, nous mesurerons la pression osmotique des cellules internes et la rigidité de la matrice extracellulaire en contexte mutant et nous analyserons les conséquences de la manipulation mécanique des propriétés physiques des cellules internes et de la matrice extracellulaire sur la morphogenèse cellulaire.
Quatrièmement, nous intégrerons dans des modèles mécaniques de croissance toutes les données physiques et biologiques obtenues. Ces modèles seront testés grâce à l'utilisation de mutants, de drogues pharmacologiques et de manipulations physiques. Nous obtiendrons alors une vision intégrée des processus morphogénétiques étudiés.
Pour conclure, grâce à l'étude de deux modèles éloignés, nous pourrons identifier les concepts de base qui régissent la morphogenèse d'un système biologique soumis à des contraintes physiques.