Un atlas mécanique pour l'embryogenèse à la résolution de la cellule – scEmbryoMech

Les structures 3D complexes des organismes multicellulaires émergent grâce à des patrons spatio-temporels de contraintes mécaniques codés génétiquement ou auto-organisés. Des cartes à l'échelle de la cellule de l'expression des gènes pendant l'embryogenèse sont maintenant disponibles, mais les relier aux principes de construction mécanique qui gouvernent l'émergence de la forme embryonnaire est entravé par notre incapacité à mesurer les contraintes mécaniques à l'échelle de la cellule unique, à travers les embryons et au fil du temps.

Dans ce projet, nous utilisons un système particulièrement facile à manipuler, l'embryon d'ascidie, et proposons de construire un atlas mécanique à l'échelle de la cellule, en 3D et en unités physiques, couvrant la gastrulation et le processus de neurulation. Nous utiliserons ensuite cet atlas pour explorer la logique de régulation de la génération de stress et sa robustesse aux perturbations embryologiques et environnementales.

Objectif 1 : Nous développerons deux approches de modélisation complémentaires. Nous construirons d'abord une approche de calcul inverse, fondée sur une nouvelle théorie physique des agrégats multicellulaires, pour mesurer les patrons de force en 3D à partir de données d'imagerie avancées à feuille de lumière et de mesures biophysiques des paramètres matériels.Nous développerons également un nouveau modèle de sommet généralisé en 3D, qui sera utilisé dans les deux objectifs suivants pour explorer la conception mécanique, la modularité et la robustesse du développement embryonnaire des ascidies.

Objectif 2 : Nous combinerons cette théorie avec des mesures biophysiques sur des embryons vivants pour construire un atlas dynamique des forces mécaniques dans des unités réelles jusqu'aux stades de la neurula. Grâce à l'imagerie des profils dynamiques de l'activation de la myosine I de l'organisation du réseau d'actine et de l'adhésion dans les embryons vivants, nous décomposerons les forces déduites en leurs composantes passives et actives.
Nous développerons également un nouveau modèle de sommet généralisé en 3D, qui sera utilisé dans les deux objectifs suivants pour explorer la conception mécanique, la modularité et la robustesse du développement embryonnaire des ascidies.

Objectif 2 : Nous combinerons cette théorie avec des mesures biophysiques sur des embryons vivants pour construire un atlas dynamique des forces mécaniques dans des unités réelles jusqu'aux stades de la neurula. Grâce à l'imagerie des profils dynamiques de l'activation de la myosine II et de l'organisation du réseau d'actine des embryons, nous décomposerons les forces déduites en leurs composantes passives et actives.

Objectif 3 : Nous combinerons des approches expérimentales et computationnelles pour analyser la modularité de la conception mécanique et la robustesse de la morphogenèse des ascidies aux fluctuations génétiques ou environnementales.

Ce projet réunit 4 équipes ayant des compétences complémentaires en biologie cellulaire et du développement, en physique théorique et expérimentale, et en informatique, qui réaliseront un travail qu'aucune équipe ne pourrait accomplir individuellement. Il repoussera les frontières de la théorie de la matière vivante et analysera la modularité et la robustesse d'un programme embryogénétique particulièrement stéréotypé et conservé au cours de l'évolution.

L'atlas mécanique et les modèles informatiques seront accessibles au public par le biais du navigateur morphodynamique MorphoNet.