Atlas multi-modal et auto-organisation d’un épithélium mucociliaire – MAP

Les tissus sont composés de multiples types cellulaires dont les proportions doivent être précisément maintenues et qui se distribuent selon des patrons stéréotypés pour assurer l'émergence de la fonction physiologique de l'organe. Dans le développement, l'homéostasie et la régénération, cette chorégraphie précise dépend de mécanismes auto-organisés qui intègrent les choix de destin cellulaire, contrôlés par des réseaux de régulation génique, et les mouvements morphogénétiques des cellules et des tissus. Il est intrinsèquement difficile d'étudier ces mécanismes dans les organes internes, par exemple dans l'épithélium des voies respiratoires. L'épiderme embryonnaire du xénope constitue un excellent paradigme pour découvrir les principes conservés du façonnage des tissus mucociliaires. À l'équilibre, l'épiderme est composé de deux couches cellulaires, une couche basale de cellules souches et une couche épithéliale superficielle contenant des cellules sécrétoires, qui régulent l'homéostasie ionique, produisent du mucus et des peptides antimicrobiens, et des cellules multiciliées régulièrement espacées formant plus de 100 cils mobiles qui battent de manière synchrone et produisent un flux de fluide extracellulaire pour éliminer le mucus et les pathogènes - un processus appelé clairance mucociliaire. Les proportions précises de ces types cellulaires sont variables selon les régions de l'épiderme, et nous postulons que cela permet d'optimiser la fonction mucociliaire nécessaire à la protection de l'organisme. Dans le projet MAP, nous souhaitons porter ce modèle à un niveau encore supérieur en combinant la transcriptomique en cellules uniques avec la vidéo-microscopie en temps réel pour identifier l'ensemble des types cellulaires et leurs comportements, qui sont nécessaires à la construction de l'épiderme mucociliaire mature. Nous chercherons à déterminer les mécanismes moléculaires utilisés pour générer et adapter la composition et l'organisation des cellules mucociliaires dans l'épiderme embryonnaire en analysant à la fois le rôle des voies de signalisation et des mouvements cellulaires. Plus précisément, nous allons : (1) Établir une carte morphologique, transcriptomique et moléculaire détaillée des types de cellules mucociliaires sur l'ensemble de l'embryon. (2) Utiliser de nouveaux rapporteurs fluorescents pour étudier le comportement de tous les types de cellules mucociliaires par imagerie cellulaire en temps réel. (3) Examiner le rôle du système d'adhésion/répulsion Scf/Kit dans la variabilité de la répartition spatiale des cellules ciliées et sécrétoires. (4) Elucider le rôle fonctionnel de la signalisation sur la configuration finale du tissu mucociliaire en combinant des modèles mathématiques et des manipulations expérimentales, pendant la spécification et la trans-différenciation. Les objectifs ambitieux de ce projet seront atteints grâce à l'association des laboratoires Walentek et Kodjabachian, qui possèdent une grande expertise en biologie systémique du xénope, en études de signalisation et en vidéo-microscopie. Ce projet nous permettra d'étudier la formation de patrons tissulaires avec une résolution spatio-temporelle sans précédent, et d'élucider les principes moléculaires à la base de ces phénomènes. Une meilleure compréhension des mécanismes qui régulent la composition des types de cellules mucociliaires in vivo servira de base à la compréhension des adaptations physiologiques et à l'amélioration du diagnostic et du traitement des maladies des voies respiratoires.