Dynamique d'agregation dans des populaitons cellulaires hétérogènes – ADHeC

L'hétérogénéité au sein d’une population de cellules influe sur l'organisation des assemblages multicellulaires dérivés d'un processus d'agrégation. Les propriétés concernées sont en particulier la stabilité, la taille et la composition des groupes. L'assortiment différentiel peut entraîner une concurrence disruptive au sein des agrégats et conduire à l'échec, sur le long terme, des fonctions collectives. Les modèles qui décrivent l’émergence d’un comportement collectif à partir de propriétés au niveau des cellules prennent généralement en considération des populations homogènes. Ce projet traitera de l'agrégation de mélanges binaires de cellules, dont on visera de contrôler les propriétés microscopiques qui les différencient. Ce cadre offre un cas simple de l'hétérogénéité, pertinent pour de nombreux contextes, par exemple en présence d'une sous-population mutante.
Des approches théoriques complémentaires - particules auto-propulsées individuelles et équations à dérivées partielles macroscopiques intégrant des contraintes de densité maximale - seront utilisées pour décrire la dynamique qualitative du processus d'agrégation. La fraction de cellules d'un type dans la population sera utilisée, conjointement à une métrique des différences individuelles entre types, en tant que paramètre de contrôle pour l'exploration de l'espace de phase et la classification des motifs spatiaux d'agrégation.
Les simulations seront comparées à des expériences réalisées avec un organisme qui forme spontanément des agrégats cellulaires hétérogènes: l'amibe dite «sociale» Dictyostelium discoideum. Nous étudierons le processus d’agrégation et le devenir successif des chimères binaires sur le développement, où nous pourrons contrôler la composition initiale de la population, la nature (génétique ou physiologique) et, dans certains cas, l’ampleur des différences entre types cellulaires. Nous explorerons le effet des hétérogénéités microscopiques, notamment dans le mouvement et l'adhésion cellulaires, sur les motifs émergeant à l’échelle de la population globale. Des mesures directes du comportement cellulaire et la connaissance de ses fondements génétiques nous aideront à relier les structures spatiales observées aux différences microscopiques entre les sous-populations.
L'apprentissage automatique sera utilisé pour établir une carte entre les représentations microscopiques et macroscopiques, puis entre les modéles et les observations, après une étape d’apprentissage sur les données synthétiques.
Des modèles d'agrégation seront en outre introduits en tant que modules écologiques dans des cadres théoriques évolutifs afin de prévoir quels types d'hétérogénéité, par leurs effets sur la partition et la ségrégation de la population, maintiennent ou perturbent à long terme les fonctions collectives.