Principes du clivage invariant dans une blastule de type compact – InvBlastula

Bien que différentes classes d'embryons présentent des patrons prévisibles de divisions de clivage précoces jusqu'au stade de la blastula, nous ne comprenons toujours pas quelles règles génériques conduisent à une forme embryonnaire ou à une autre. Pour répondre à cette question, nous avons en effet besoin de comprendre d’un point de vue mécanistique comment sont coordonnées la forme cellulaire, la tension cellulaire, l'adhésion cellulaire et le patron de clivage ainsi que sa temporalité. Même si des progrès significatifs ont été réalisés dans l'identification des gènes impliqués dans les décisions concernant le destin des cellules, cette approche réductionniste qui relie un gène à une fonction a conduit à relativement moins de progrès dans la compréhension de l'émergence des schémas de clivage et de la forme embryonnaire globale. Les embryons holoblastiques présentent soit des blastula creuses (e.g. échinodermes, méduses) soit de type compact (spirales, nématodes, ascidies…). En parallèle, les patrons de clivage spécifiques aux espèces peuvent être soit invariants (spiraliens, nématodes, ascidies…) soit plus régulatifs/variables (échinodermes, méduses, souris…). De manière frappante, les espèces qui suivent un modèle de clivage plus invariant présentent également une blastula de type compacte, tandis que les espèces qui ont un modèle de clivage plus variable ont une forte tendance à développer un blastocèle. En étudiant le modèle de clivage invariant affiché par les embryons d'ascidies, nous avons en outre appris que l'orientation de la division cellulaire et le maintien de la forme embryonnaire de type compacte dépendent d'un petit nombre de mécanismes cellulaires qui influencent la biomécanique des cellules. Remarquablement, lorsque nous perturbons le patron de clivage de diverses manières, cela conduit systématiquement à la transformation de l'embryon d'ascidie de type compact en une blastula de type creux. En s'appuyant sur ces observations et en utilisant l'embryon d'ascidie comme système modèle, notre projet vise à déchiffrer les principaux déterminants cellulaires d'un patron de clivage invariant et à caractériser si la présence d’un patron de clivage invariant et la formation de blastula de type compacte peuvent être causalement liés. Nous combinerons l’imagerie in toto, des perturbations de précision, les mesures mécaniques et la modélisation physique pour élucider comment un petit nombre de processus biologiques cellulaires affectent les propriétés biomécaniques et les patrons de clivage des cellules pour contrôler leur position et la forme embryonnaire globale (transformation d’un blastula compacte à creux). Grâce à l'imagerie in toto, nous segmenterons les cellules, mesurerons les plans de division et caractériserons le degré d'invariance de forme cellulaire et de clivage dans des conditions perturbées et non perturbées. À l'aide de l'inférence de force et de l'aspiration par micropipette, nous cartographierons de manière spatio-temporelle les forces qui façonnent les cellules dans les embryons et les relierons aux modèles de clivage à l'aide de la modélisation. En isolant les singulets et doublets cellulaires, nous distinguerons les processus biologiques autonomes des processus non autonomes (par exemple, compaction, polarité...). Enfin, en adoptant une approche MorphoEvoDevo, nous comparerons la blastula de type creux de la méduse avec les résultats de l'ascidie pour révéler des principes de conception génériques pour l'émergence de la forme de l'embryon. Notre projet constituera la base de simulations 4D réalistes récapitulant chaque trajectoire embryonnaire in silico et où les paramètres peuvent être modifiés pour découvrir d'éventuelles pistes d'investigation plus approfondies.