Découvrir le rôle du bruit mécanochimique dans le développement multicellulaire – MECHANOISE

Au cours du développement, des cellules génétiquement identiques s'engagent progressivement dans des destins cellulaires distincts, formant des motifs spatiaux de cellules différenciées qui commencent la morphogenèse des tissus. Des mécanismes augmentent l'hétérogénéité entre les cellules tout en garantissant la formation de motifs résistants au bruit. Des travaux récents ont révélé que la rétroaction mécanique est cruciale dans la formation des motifs génétiques et dans la morphogenèse. Cependant, l'interaction entre la mécanique et la régulation du bruit dans le développement n’est pas connue. Par exemple, les forces mécaniques pourraient augmenter le bruit dynamique provenant des processus stochastiques moléculaires ou lisser l'hétérogénéité spatiale non structurée entre les cellules. Je vais analyser comment l'hétérogénéité et le bruit générés par les processus mécaniques influencent la formation des motifs et la morphogenèse au cours du développement.

Pour ce faire, j'utiliserai les propriétés uniques de Hydra vulgaris, un animal dont les cellules sont capables de s’auto-organiser pour recréer l'ensemble de son corps sans division cellulaire, à partir d'un agrégat d'environ 10 000 cellules préalablement dissociées. Ce processus implique l’apparition de motifs de gènes liés à Wnt et l'alignement des fibres d'actine des cellules. Je développerai des mesures quantitatives du bruit chimique et mécanique et de leurs corrélations dans le temps, en me concentrant ici sur l'expression génétique et la mécanique du cytosquelette. Je perturberai ensuite expérimentalement l'hétérogénéité chimique et mécanique par la création de populations hétérogènes de cellules, l'activation optique du cytosquelette et le confinement mécanique. Enfin, je déterminerai l'effet des perturbations de l'hétérogénéité chimique et mécanique sur la formation de motifs à long terme et la morphogenèse à la fois dans des systèmes auto-organisés et pré-organisés. Des modèles physiques guideront la dissection expérimentale de la fonction du bruit dans différents contextes de développement. Ainsi, je comprendrai comment l'hétérogénéité mécano-chimique et le bruit dans un organisme favorisent ou altèrent sa capacité à former des motifs.

Ces travaux permettront de mieux comprendre comment les organismes multicellulaires utilisent la mécanique pour générer des comportements cellulaires collectifs en présence de bruit.