Rôle de la mécanique dans l'auto-organisation et la plasticité embryonnaire – Embryonics
Pour mesurer les forces qui modèlent l’embryon mais aussi ses propriétés mécaniques (qui dictent la déformation des tissus en réponse à ces forces), il est nécessaire d’interagir de manière contrôlée et en temps réel avec l’embryon en développement. Nous avons donc construit un micromanipulateur motorisé permettant d’entrer en contact avec l’embryon alors que son développement est suivi en temps réel par vidéo-microscopie. La mise au point de ce micromanipulateur a donc nécessité de s’adapter aux contraintes liées à la culture de l’embryon mais aussi à celles liées à son imagerie. De plus, nous avons mis en place un système d’analyse d’image et de modélisation biophysique nous permettant d’extraire les quantités physiques à partir des films obtenus lors de ces expériences.
La mise au point de cette approche (micromanipulateur et analyse biophysique) nous a permis de mesurer en valeurs absolues les forces, l’élasticité et la viscosité de l’embryon précoce et donc d’aborder la formation de l’embryon d’un point de vue biophysique. Nos résultats indiquent que l’embryon se comporte un matériel élastique sur des temps courts (secondes, minutes), il se comporte comme un matériel fluide sur des temps longs (dizaine de minutes)
Ces résultats permettront d’explorer les évènements cellulaires qui sous-tendent l’élasticité, la viscosité du tissu ou encore d’appliquer des perturbations mécaniques contrôlées et d’observer les effets sur le développement de l’embryon. Axes de recherche que nous poursuivons actuellement.
Ce dispositif (experimental et conceptuel) permettra à la fois de cartographier et de perturber les forces mécaniques et les propriétés matérielles des différents territoires embryonnaires qui composent l'embryon précoce, ouvrant ainsi la voie à la compréhension sur la manière dont les signaux mécaniques et moléculaires interagissent pour permettre l'émergence du destin cellulaire, au cours de l'auto-organisation embryonnaire.
- Une publication en cours de réalisation.
- Une revue sur le rôle de la mécanique dans l’établissement des territoires embryonnaires a été publiée : P.-F. Lenne et al., Phys Biol. 18 (2021), doi:10.1088/1478-3975/abd0db
La nature des interactions entre informations moléculaires et mécaniques qui coordonnent morphogenèse et différentiation cellulaire au cours du développement reste encore largement méconnue. L’embryon aviaire, qui démontre un développement hautement régulatif et se prête très bien aux approches d’imagerie dynamique ainsi qu’aux perturbations mécaniques, constitue un modèle idéal pour l’étude de telles interactions. Nous avons récemment caractérisé les forces mécaniques qui façonnent l'embryon aviaire, identifiant un anneau contractile, à la marge entre les territoires embryonnaire et extra-embryonnaire, comme le moteur des mouvements morphogénétiques au sein du disque embryonnaire. Ces résultats suggèrent que les contraintes mécaniques transmises le long de la marge de l'embryon, et au sein du tissue environnant, pourraient agir comme des signaux dans le développement régulatif de l'embryon et dans l'établissement des territoires embryonnaires. Partant de cette hypothèse, nous proposons un programme intégrant expériences et théorie dans le but de i) tester si un système mécanique auto-organisé participe au potentiel régulatif de l’embryon aviaire ; ii) élucider le rôle des forces mécaniques dans l’acquisition du destin cellulaire. Ces études mettront au jour différents niveaux d’interaction entre signaux cellulaires, moléculaires et mécaniques assurant la spécification et l’attribution robuste, néanmoins plastique, du destin cellulaire.
Coordination du projet
Jerome GROS (INSTITUT PASTEUR)
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Partenaire
LPENS Laboratoire de physique de l'ENS
IP INSTITUT PASTEUR
Aide de l'ANR 130 680 euros
Début et durée du projet scientifique :
mars 2020
- 48 Mois
