Guidage de la migration massivement collective, et fusion, des tissus épitheliaux chez la Drosophile – GuideFusion

GuideFusion s'appuie sur une approche intégrative comprenant l'imagerie cellulaire de pointe, la biologie du développement, la biophysique et la théorie. Nous avons formé un nouveau consortium composé d'un biophysicien ayant une expertise reconnue dans la mécanique des disques imaginaires (P#1, Loïc Le Goff), d'un généticien spécialiste des drosophiles dans la structuration des gènes et la régulation du cytosquelette (P#2, François Payre) et de deux physiciens théoriciens experts dans la modélisation de la migration collective, la mécanique des tissus et du patterning génétique (P#3, Vincent Hakim et Francis Corson).

Les résultats obtenus, un an après le démarrage du projet, portent sur le développement de méthodes d'imagerie ainsi que sur l'étude du processus biologique.

Nous avons développé un microscope de fluorescence à balayage, qui adapte dynamiquement son schéma de balayage à l'imagerie des surfaces épithéliales par une recherche algorithmique des pixels informatifs. La technique permet de réduire l’irradiation lumineuse de l’échantillon d’un facteur 100x sans détériorer la qualité des images lorsque l'on observe des structures courbes et peu marquées, telles que les jonctions adhérentes du disque imaginal d’aile (l’objet d’étude de GuideFusion).

Les résultats biologiques obtenus montrent que :
1-La migration résulte d’une combinaison de la contraction du substrat (l’épiderme larvaire) dans la phase initiale de la migration et de la migration des disques sur le substrat aux temps long.
2-La migration des disques met en évidence le rôle de structures filamenteuses qui aident la migration de part leur tension intrinsèque.

Ces résultats ouvrent plusieurs perspectives:
-D'un point de vue technique, la méthode d'imagerie développée est susceptible d'intéresser une large communauté de chercheurs intéressés par l'imagerie des tissus biologiques, notamment lorsque leur objet d'étude est sensible à la lumière. L'optimisation du chemin d'illumination des échantillons est aussi susceptible d'aider au développement de nouvelles méthodes d'imagerie rapide.
-D'un point de vue fondamental, nos observations montrent l'importance du rôle du substrat dans les mécanismes de migrations collective.

1.Ben Amar M, Nassoy P., LeGoff L. (2019) Physics of growing biological tissues: The complex cross talk between cell activity, growth and resistance. Philosophical Transactions of the Royal Society A. DOI: 10.1098/rsta.2018.0070

2.Abouakil F., Galland F., LeGoff L. An adaptive scanning strategy for the imaging of biological surfaces (preprint).

Le développement animal repose essentiellement sur la migration de groupes de cellules capables de se déplacer sur de grandes distances et de fusionner avec les tissus cibles. Comment les facteurs intrinsèques de la cellule et les signaux externes sont intégrés pour guider précisément la migration collective des cellules et leur fusion éventuelle avec leur cible est encore mal comprise. L'objectif de GuideFusion est d’étudier le lien entre l’informations de position et la migration qui conduit au guidage fin de groupes massifs de cellules, en utilisant les précurseurs des ailes de Drosophile comme système modèle. Nous aborderons les questions suivantes: Comment l’informations de position affecte-t-elle la migration des cellules? Comment l'information spatiale est-elle convertie par le cytosquelette en une actuation mécanique? Quels sont les mécanismes par lesquels les cellules coordonnent leur mouvement?
GuideFusion s'appuie sur une approche intégrative incluant l'imagerie de pointe, la biologie du développement, la biophysique et la théorie, regroupant trois groupes avec des expertises complémentaires. Nous avons formé un nouveau consortium composé d'un biophysicien avec une expertise reconnue en mécanique tissulaire (P # 1, Loïc Le Goff ), un généticien de la drosophile spécialiste du patterning génétique et de la régulation du cytosquelette (P # 2, François Payre) et deux physiciens théoriciens experts en modélisation de la migration collective, de la mécanique tissulaire et du patterning (P # 3, Vincent Hakim et Francis Corson). Les principaux résultats attendus du projet GuideFusion sont:
1-Une exploration de la dynamique du cytosquelette qui sous-tend le guidage des tissus en relation avec le patterning génétique.
2-Une étude de la mécanique de la migration, afin d’examiner comment l'activité du cytosquelette au front de migration peut conduire à l'actuation mécanique de ce groupe massif de cellules.
3-La construction itérative d'un modèle mathématique du guidage par un aller-retour constant entre la théorie et les expériences.
4-Le test critique de notre compréhension du processus par des expériences perturbatives.

Les résultats de notre projet seront directement pertinents pour un certain nombre de processus normaux et pathologiques où la migration cellulaire collective est en jeu, dans un large éventail de domaines, y compris la biologie cellulaire développementale. Nos résultats devraient également susciter l'intérêt de la communauté biomédicale travaillant sur les malformations humaines associées à la fusion altérée des tissus (système vestibulaire, tube neural, palais, cœur, ...) qui représentent une proportion significative des malformations congénitales.