Ploïdie et énergétique, de la cellule à l'embryon entier – ENERGYFROG

En quantifiant comment l’énergie est transformée et mobilisée, la bioénergétique permet de comprendre comment l'énergie dispoible permet ou limite les processus biologiques. Ces concepts émergent aujourd’hui comme centraux pour appréhender le rythme du développement embryonnaire, les mécanismes qui régulent la croissance de l’embryon, mais aussi le coût énergétique de la morphogenèse et la manière dont il est soutenu par les ressources de l’œuf. Des résultats récents suggèrent que la bioénergétique cellulaire pourrait expliquer les variations interspécifiques de vitesse de développement. Toutefois, il manque encore un système expérimental permettant de comparer et de manipuler ces dynamiques entre plusieurs espèces. À ce jour, la façon dont l’énergétique cellulaire et embryonnaire régule le développement et la croissance à travers les espèces demeure une question ouverte de la biologie.

Pour répondre à cette question fondamentale, je propose de tirer parti des propriétés uniques des amphibiens, chez lesquels des espèces proches présentent des différences robustes de vitesse de développement ou de dépense énergétique à l’échelle de l’embryon entier. Ces variations sont corrélées à la taille du génome entre espèces et peuvent être manipulées au laboratoire en modifiant le nombre de copies génomiques (i.e. la ploïdie) dans l’embryon. Pour expliquer ces corrélations avec la taille du génome, des modifications de la taille cellulaire et du métabolisme sont souvent invoquées, mais leurs bases mécanistiques demeurent largement inconnues.

Mon laboratoire comparera et manipulera la ploïdie chez différentes espèces de xénopes, en combinant mesures quantitatives à l’échelle de l’embryon entier, essais cellulaires in vitro, modélisation théorique de la distribution de la dépense énergétique et approches omiques, afin de :
(1) Élucider le lien entre ploïdie/taille cellulaire et taux métabolique cellulaire chez les xénopes ;
(2) Relier la bioénergétique cellulaire in vivo aux vitesses du développement embryonnaire, de la croissance et de la dépense énergétique ;
(3) Relier les besoins énergétiques cellulaires et embryonnaires à la consommation des ressources de l’œuf entre espèces de xénopes.

Ce projet innovant apportera des avancées majeures sur la compréhension fondamentale du développement et de la bioénergétique, tout en éclairant les contraintes qui pèsent sur l’évolution de la taille du génome.