Déchiffrer le code cellulaire du temps de développement – CellTempCode

Contexte de la recherche / cadre théorique
Pour assurer la génération ordonnée et ponctuelle des types cellulaires au cours du développement, les cellules progénitrices évaluent les signaux dans l’espace et le temps. Dans l'exemple classique d'un signal spatial, les cellules interprètent une concentration dépendante de la position d'un morphogène diffusible pour se positionner spatialement en différents types cellulaires. Les descriptions quantitatives de ce décodage du morphogène pour l'identité cellulaire spatiale ont été extrêmement réussies pour capturer la modélisation des destinées au cours de l’embryogenèse précoce. En revanche, on sait beaucoup moins sur la façon dont les signaux temporels sont décodés lors de l'acquisition séquentielle des identités cellulaires temporelles pendant le développement. Étant donné que la modélisation temporelle influence le développement de nombreux tissus chez les mammifères, y compris le néocortex, il est essentiel d’acquérir une compréhension quantitative de ces processus.

Hypothèses / questions de recherche / objectifs
Dans ce projet, nous posons les questions clés suivantes : Comment les cellules progénitrices, au cours du développement, décodent-elles les signaux temporels pour passer d'une identité temporelle à une autre de manière robuste et reproductible ? Les cellules souches utilisent-elles des stratégies transcriptionnelles spécifiques pour un changement rapide et précisément chronométré de destinées temporelles ?
La modélisation des destinées temporelles est généralement gouvernée par ce que l'on appelle les Facteurs d'Identité Temporelle (FIT), qui, sous l’effet des interactions régulatrices des gènes, sont exprimés de manière hautement dynamique. Jusqu’à présent, le principal obstacle pour analyser quantitativement l'acquisition des destinées temporelles était que les systèmes modèles ne permettaient pas de mesures conjointes des dynamiques des FIT et des séquences de destinées cellulaires. Ici, nous surmonterons cette limitation en utilisant le développement post-embryonnaire des cellules souches hypodermiques du nématode C. elegans comme modèle. Nous allons :
(Aim 1) Dissecter la relation entre la dynamique d'expression des FIT et l'acquisition de l'identité cellulaire
(Aim 2) Analyser les signatures transcriptionnelles de la transition des destinées cellulaires temporelles
(Aim 3) Extraire et tester expérimentalement les principes fondamentaux de la modélisation temporelle en inférant des lois mathématiques à partir de nos données.

Approche / méthodes
Notre projet combine l'expérimentation et la théorie dans une stratégie hautement interdisciplinaire. Nous utiliserons la transcriptomique résolue dans le temps, des outils moléculaires novateurs pour l'imagerie in-vivo à haute résolution spatiale et temporelle, ainsi que la microscopie quantitative en temps réel à grande échelle. Sur le plan théorique, nous utiliserons des approches de modélisation mathématique basées sur les données et de haut en bas, et appliquerons des cadres d’apprentissage machine et de théorie de l’information pour conceptualiser nos données.

Niveau d'originalité / innovation
La combinaison d’expérimentations et de théories de pointe pour disséquer la modélisation temporelle des cellules progénitrices représente un saut quantique par rapport à l’état actuel de la recherche. Notre projet synthétisera des principes intuitifs et prédictifs pour la prise de décision cellulaire dans le domaine temporel, qui devraient se généraliser à d’autres systèmes de modélisation temporelle, tels que le système nerveux des invertébrés ou des vertébrés.

Chercheurs principaux impliqués
Wolfgang Keil (Chef de groupe, Institut Curie, FR) et Gasper Tkacik (Chef de groupe, Institute of Science and Technology Austria, AT).