Analyse mécanique multi-échelle de la morphogenèse de deux tissus actifs en contact – EpiMorph

Les tissus sont des matériaux aux propriétés mécaniques extraordinaires. En effet, leurs cellules peuvent se déformer, réguler leur élasticité et même leur fluidité en réponse à des sollicitations mécaniques. Jusqu'à très récemment, les études sur les propriétés mécaniques des tissus avaient principalement porté sur la manière dont des cellules individuelles type se comportaient in vivo ou in vitro, mais avaient rarement intégré comment différents types de cellules s’influencent mutuellement. De même, des études biochimiques et biophysiques ont défini comment les protéines, en particulier les composants d'adhésion, répondent aux forces mécaniques, mais ces études ont rarement été validées in vivo. Enfin, alors que plusieurs études théoriques ont commencé à expliquer la transformation des entités subcellulaires sous des forces physiques, encore une fois trop peu d'entre elles expliquent les propriétés émergentes de la matière active dans les tissus vivants.

Aussi, il devient essentiel d’intégrer les différentes échelles d’analyse en incluant l’influence mécanique réciproque de différents types cellulaires, en testant si le dépliement de domaines protéiques prédit par des études in vitro régule la réponse mécanique des tissus in vivo, et en proposant des modèles qui intègrent le fait que le stress et la rigidité changent constamment.

Epimorph proposera de combiner un modèle in vivo, l'embryon de C. elegans, un système de cellules vertébré en culture destiné à imiter les embryons de C. elegans, et une modélisation théorique, pour atteindre les objectifs généraux suivants:
1 / Proposer un modèle expliquant les changements de forme de deux tissus interagissant mécaniquement en intégrant leurs champs de contraintes et de raideurs.
2 / Disséquer comment les protéines corticales contribuent à la mécanosensibilité et à remodeler le cytosquelette d'actine corticale.

Pour atteindre ces objectifs, nous associerons notre expertise sur les embryons de C. elegans, les méthodes de mesure de la tension avec des biocapteurs FRET, la microscopie à feuille de lumière, et enfin notre collaboration éprouvée en physique-biologie. Pour les études sur l'embryon de C. elegans, nous nous concentrerons sur une étape où son corps s'allonge de 200% sous l’effet d’une interaction mécanique étroite entre les muscles et l'épithélium externe. Nous allons:
(i) Mesurer la déformation subie par les cellules musculaires (imagerie calcique et marqueur de la membrane plasmique) et les effets réciproques exercés sur l'épithélium externe (marqueurs des jonctions adhérentes et du cytosquelette). L'imagerie reposera sur la microscopie à feuille de lumière et à disque tournant (spinning-disk);
(ii) Mesurer la tension ressentie par les cellules musculaires à l'aide d'un biocapteur de tension FRET basé sur la taline (protéine du muscle), et par l'épithélium externe au niveau du cortex en utilisant un biocapteur de tension FRET basé sur la spectrine (protéine corticale);
(iii) Définir comment le cytosquelette épithélial d'actine est remodelé in vivo en utilisant la microscopie à super-résolution, disséquer le processus de mécanosensibilité qui conduit au remodelage de l'actine;
(iv) Déterminer si le comportement mécanique actif et la voie de mécanosensibilité sous-jacente agissant chez C. elegans sont conservés dans des cellules épithéliales vertébré cultivées sur un substrat de PDMS étiré par un dispositif automatisé;
(v) Élaborer un modèle de mécanique des milieux continus pour tenir compte de l'extension de deux tissus connectés avec différents matériaux et propriétés actives basées sur la viscoélasticité.

Ce projet apportera une contribution essentielle à notre compréhension de la fonction du cytosquelette, la mémoire de la forme cellulaire avec des implications importantes pour l'organisation tissulaire et les maladies génétiques d’origine mécanique.