Contribution de la géométrie de la cytokinèse à l'organisation d'un épithélium tubulaire – LUCELL

Afin de s’affranchir de la complexité du rein de mammifère, nous avons utilisé des approches complémentaires : de la culture de cellules épithéliales rénales, des tubules de reins issus de la bioingénierie et le poisson zèbre comme modèle in vivo. Ces systèmes sont compatibles avec de la microscopie à fluorescence à haute résolution et facilitent donc l’étude de processus cellulaires dynamiques contribuant à l’organisation du tubule épithélial rénal.

En permettant de relier l’échelle cellulaire et l’échelle tissulaire, ces systèmes complémentaires ont notamment permis, grâce à des approches de microscopie du vivant, de caractériser de manière dynamique la rotation collective de cellules ou l’organisation de la cytokinèse dans un environnement 3D et d’étudier l’impact de perturbations de géométrie de cytokinèse sur l’organisation du tubule épithélial rénal.

Ce travail ouvre ainsi la voie à de futurs travaux visant à mieux comprendre les mécanismes cellulaires impliqués dans les pathologies telles que la formation de kystes rénaux ou le cancer.

Le projet ANR LUCELL a déjà abouti à une publication interdisciplinaire du consortium qui met en avant l’utilisation de cultures cellulaires 3D issue de la bioingénierie et du poisson zèbre comme modèle in vivo combinés à des analyses biophysiques pour étudier la migration cellulaire au sein d’un épithélium tubulaire 3D. Deux autres publications sont actuellement en cours de soumission. Ce travail devrait également ouvrir la voie à des projets de valorisation.

Le contrôle de la géométrie de la cytokinèse par l'ingression asymétrique du sillon de clivage apparaît aujourd’hui comme étant un élément-clé permettant de coupler la division cellulaire à des processus développementaux. Dans les épithélia, elle est essentielle pour garantir l'intégrité des tissus prolifératifs. La plupart des études réalisées portent sur la géométrie de la cytokinèse dans des cellules isolées, des embryons au stade unicellulaire ou dans des tissus épithéliaux à deux dimensions (2D). Néanmoins, peu d’études ont analysé le rôle de la cytokinèse asymétrique dans des structures épithéliales 3D. Ainsi, les mécanismes de mise en place de l’asymétrie apico-basale du pont de cytokinèse et l’influence de la géométrie du tissu dans ce processus sont peu ou mal connues. De plus, les conséquences mécaniques de l’asymétrie du sillon de clivage sur l’organisation d’un épithélium en 3D restent à déterminer.

Les tubules épithéliaux se composent d’une monocouche polarisée courbée entourant une cavité centrale unique ; ils constituent les unités fonctionnelles de nombreux organes, notamment le rein. Maintenir une organisation tubulaire correcte est essentiel au bon fonctionnement de l’organe. La perturbation de l’organisation tubulaire et la perte de contrôle de la taille de la lumière sont caractéristiques de pathologies rénales telles que les polykystoses rénales. Des résultats récemment obtenus par notre consortium démontrent qu’un contrôle rigoureux de la géométrie de la cytokinèse est nécessaire à la bonne organisation de la lumière dans des cultures 3D de cellules rénales. Comprendre la genèse de la cytokinèse asymétrique et déterminer si un positionnement aléatoire du pont de cytokinèse influence le comportement de l’épithélium tubulaire est donc de la plus haute importance.

Afin de s’affranchir de la complexité du rein de mammifère et d’étudier la contribution de la géométrie de la cytokinèse à l'homéostasie des tubules épithéliaux, nous proposons ici d’utiliser des approches complémentaires : une approche in vitro utilisant des techniques de micro-fabrication pour générer des cultures 3D biomimétiques de cellules épithéliales rénales, et une approche in vivo utilisant le poisson zèbre, un modèle pertinent de vertébré simplifié mais hautement conservé permettant d’étudier in vivo l’impact de processus cellulaires dynamiques sur l’organisation des tubes rénaux. En combinant des expertises de biologie cellulaire et de biophysique, nos principaux objectifs seront : (1) de caractériser le contrôle de la géométrie de la cytokinèse dans un environnement 3D, (2) d’évaluer l’impact des perturbations locales de la géométrie de la cytokinèse sur le comportement tissulaire à grande échelle et (3) définir la contribution de la géométrie de la cytokinèse à l'arrangement tridimensionnel des tubules épithéliaux et au maintien de la taille des lumières.

En reliant l’échelle cellulaire à l’échelle tissulaire et grâce à la complémentarité du consortium, ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes moléculaires et mécaniques sous-jacents à la géométrie de la cytokinèse dans les épithéliums 3D, de déterminer l’impact de la cytokinèse sur l’organisation tissulaire à grande échelle et de caractériser la contribution de la géométrie de la cytokinèse à l’organisation des tubes rénaux.