Signalisation et patterning: modéliser, visualiser et manipuler la spécification cellulaire – ModelPattern

Comment la forme et l'organisation spatiale des organismes multicellulaires se mettent-elles en place au cours du développement? Il s'agit là d'une interrogation centrale des sciences du vivant, d'une importance d'autant plus fondamentale que forme et fonction (physiologique, notamment) sont intimement liées, et que l'ontogenèse des formes s'inscrit dans l'histoire du vivant (dans l'évolution). Dans ce projet, nous nous proposons de revisiter un exemple classique de mise en place d'une structure spatiale, où une série des bandes émergent au sein d'un champ de cellules bidimensionnel, puis se résolvent en une série de points. Les bandes sont constituées de cellules exprimant des gènes proneuraux dans le notum de la Drosophile, un tissu épithélial dont est issu le thorax de la mouche adulte, tandis que les points correspondent aux cellules précurseurs des soies sensorielles, disposées en rangées régulières. En utilisant de nouveaux rapporteurs fluorescents obtenus par génie génétique, nous avons commencé de caractériser la dynamique de ce processus. En nous appuyant sur ces observations, nous avons formulé un modèle mathématique simple et original, qui suggère qu'un mécanisme d'auto-organisation unique, impliquant des interactions entre cellules par la signalisation Delta-Notch, préside à la mise en place des bandes et à la sélection de cellules précurseurs régulièrement espacées au sein de ces bandes.

En conjuguant modélisation mathématique (pour simuler la dynamique du processus et identifier les conditions nécessaires à son déroulement), génie génétique et optogénétique (pour générer de nouveaux rapporteurs et des perturbations contrôlées), et imagerie in vivo et microscopie biphotonique à feuille de lumière (pour quantifier la dynamique des processus sous-jacents), nous caractériserons les "informations d'entrée" du processus (à savoir, un gradient d'expression du ligand Delta) ainsi que la dynamique des interactions entre cellules participant à leur "lecture", en les reliant explicitement à leurs bases génétiques et moléculaires. En outre, par une comparaison avec d'autres espèces et d'autres contextes de développement, nous examinerons comment différents éléments d'un processus de développement peuvent être modulés ou "réaffectés" au cours de l'évolution. Cette analyse permettra d'aboutir à une description intégrée et quantitative, articulant l'échelle moléculaire, la dynamique cellulaire et la logique du développement.

Les atouts de ce projet tiennent à la simplicité d'un système modèle bien caractérisé, à la puissance conjuguée de la modélisation mathématique, de la génétique de la drosophile et du génie génétique, aux avancées récentes de la microscopie et de l'optogénétique, et par-dessus tout à l'expertise complémentaire des deux partenaires et à leur capacité déjà établie de collaborer.