patterning the primitive streak – Patterning

Comment la ligne primitive (LP) est-elle régionalisée dans l'embryon de souris ? Cette structure joue un rôle crucial dans la mise en place du plan corporel. Les cellules qui en émergent à différents niveaux et à différents moments adoptent des identités cellulaires différentes, mais son fonctionnement n'est toujours pas compris. On sait que les voies de signalisation BMP, WNT et NODAL sont impliquées, mais il est difficile dans l’embryon de modifier le niveau et la durée de ces signaux pour examiner leur impact sur la spécification des destins cellulaires. Cependant, le développement, à partir de cellules souches embryonnaires (ESCs), d'un système modèle in vitro qui récapitule les aspects clés de la gastrulation, et aboutit à la formation de gastruloïdes 2D, nous permet d'en étudier les mécanismes sous-jacents. Nos résultats sont en accord avec ceux obtenus précédemment chez l'embryon, mais remettent en cause les interprétations qui en ont été faites. En particulier, nous avons trouvé qu’en plus de promouvoir les identités cellulaires proximales dans la LP, BMP réprime de façon active les identités distales.
Nous proposons d’aborder deux questions fondamentales : quelle combinatoire des voies de signalisation BMP, WNT et NODAL permet l’allocation correcte des destins cellulaires au sein de la LP ? Quels sont les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la régionalisation de la LP, et en particulier, comment la signalisation BMP contrôle-t-elle l'expression des cibles des voies de signalisations de NODAL et de WNT ?
Pour approfondir nos recherches, nous avons conçu une puce microfluidique où la concentration et la durée d’exposition des cellules à différentes molécules peuvent être précisément contrôlées. L’exploration des paramètres permettant d’assurer la régionalisation d'une LP complète est désormais possible. En combinaison avec des approches d'imagerie, d'édition du génome, de transcriptomique et d'épigénomique en cellules uniques, nos modèles in vitro nous donnent les moyens de disséquer les rôles respectifs des voies de signalisation BMP et NODAL dans la régionalisation de la LP. Les résultats de ces expériences seront analysés en utilisant un programme basé sur du machine learning, conçu par l’un d’entre nous, pour inférer des causalités. Ces analyses vont identifier des interactions possibles entre les différents acteurs du processus de décision des identités cellulaires, susceptibles de jouer un rôle critique dans son déroulement. La validité de ces suggestions sera testée aussi bien in vitro qu’in vivo.
Nous nous attendons à ce que la réalisation de ce projet conduise à des avancées dans notre compréhension du paysage de signalisation qui détermine la formation et la régionalisation de la LP. Nous devrions aussi enfin comprendre comment, au sein de la LP, la signalisation BMP réoriente l’action des signalisations WNT et NODAL, et affecte le processus de détermination des destins cellulaires. Enfin, nous devrions avancer dans notre compréhension de la façon dont la composition et la répartition des sites de liaison de facteurs de transcription sur un enhancer se traduit en un profil d’activité particulier. La réalisation de PATTERNING sera une opportunité pour identifier des principes généraux qui s’appliqueront dans d’autres contextes biologiques, et susceptibles d’avoir des applications médicales ou en ingénierie du vivant.