Flash Info
Publication du programme PAUSE – ANR Ukraine pour l’accueil de scientifiques ukrainiens et ukrainiennes dans des laboratoires français
Blanc Inter II - SVSE 2 - Blanc International II - SVSE 2 - Biologie cellulaire et Biologie du développement

Analyse quantitative de l’expression asymétrique du gene Charon en réponse au flux ciliaire dans l’organiseur droite gauche. – charon

Analyse quantitative de l’expression asymétrique du gene Charon en réponse au flux ciliaire dans l’organiseur droite gauche.

Les flux biologiques sont nécessaire pour le le développement des organes. Le développement des reins, de l’oreille interne, la migration des neurons, le développement du système cardiovasculaire, l’hématopoïèse et la mise en placed l’axe droite-gauche sont tous dépendants de la présence de stress mécaniques. De nombreuses pathologies sont liés à la fonction des cils comme l’athérosclérose et les ciliopathies. Cependant le role des cils lors du développment embryonaire reste à jour mal compris.

A la recherche de l’origine de l’asymétrie de nos organes

Les cils sont impliqués dans de nombreux processus biologique, en particulier, la mécano-détection qui confère aux cellules la capacité de ressentir physiquement les variations de leur environnement. Les cellules de l’embryon en développement font faces à de multiples forces extracellulaires. Un des exemples les plus frappant est la mise en place de flux microscopiques au sein de l’organisateur de l’axe gauche-droite. Les flux créés par des cils moteurs organisent l’axe embryonnaire gauche-droite chez les vertébrés. Les modèles les plus répandus concernant la spécification gauche-droite chez la majorité des vertébrés impliquent un groupe de cellules (l’organisateur gauche-droite, OGD) qui coordonnent l’établissement de l’asymétrie (Nonaka et al., 1998). Cependant le mécanisme expliquant la brisure de symétrie n’est toujours pas connu. <br /> <br />Le but de ce projet a été d’établir les bases biophysiques de la mise en place de l’axe gauche-droite dans de l’organisateur gauche-droite. De plus, nous avons essayé de comprendre par quels mécanismes les cils pouvaient être à l’origine de la rupture de la symétrie. <br /> <br />Ces travaux auront des retombées dans le domaine des ciliopathies et vont permettre une meilleure compréhension du rôle de la fonction ciliaire lors du développement embryonnaire.

Pour cette étude, nous avons développé une méthode, appelée 3D-Cilia Map permettant d’analyser l’organisation tridimensionnelle de l’implantation des cils et d’extraire les paramètres clés responsables de la mise en place du flux directionnel et, par conséquent, son rôle lors de la mise en place de l’asymétrie Gauche-Droite (GD). En parallèle, nous avons développé des modèles mathématiques permettant de simuler le flux généré par les cils de l’OGD. Cette approche innovante a permis, pour la première fois, de faire l’analyse détaillée du mécanisme de brisure de symétrie en fonction de l’orientation des cils motiles et immobiles dans l’organiseur gauche-droite. Nos résultats suggèrent qu’un mécanisme de signalisation chimique serait le plus plausible pour induire la rupture de la symétrie GD. Les résultats suggèrent aussi que l’orientation tri dimensionelle des cils moteur est asymétrique au sein de l’OGD et est régulé par un mécanisme dépendant de la motilité des cils mais de manière indépendante du flux ciliaire.

Pour cette étude, nous avons développé une méthode, appelée 3D-Cilia Map permettant d’analyser l’organisation tridimensionnelle de l’implantation des cils et d’extraire les paramètres clés responsables de la mise en place du flux directionnel et, par conséquent, son rôle lors de la mise en place de l’asymétrie Gauche-Droite (GD). En parallèle, nous avons développé des modèles mathématiques permettant de simuler le flux généré par les cils de l’OGD. Cette approche innovante a permis, pour la première fois, de faire l’analyse détaillée du mécanisme de brisure de symétrie en fonction de l’orientation des cils motiles et immobiles dans l’organiseur gauche-droite. Nos résultats suggèrent qu’un mécanisme de signalisation chimique serait le plus plausible pour induire la rupture de la symétrie GD. Les résultats suggèrent aussi que l’orientation tri dimensionelle des cils moteur est asymétrique au sein de l’OGD et est régulé par un mécanisme dépendant de la motilité des cils mais de manière indépendante du flux ciliaire.

Ces travaux permettront de mieux comprendre comment les systèmes biologiques intègrent les informations mécaniques et biochimiques pour diriger l’identité des cellules et pour moduler la signalisation intracellulaire.

Nos travaux publiés :

Physical limits of flow sensing in the left-right organizer. Ferreira RR, Vilfan A, Jülicher F, Supatto W., and Vermot J. elife. 2017 Jun 14;6. pii: e25078. doi: 10.7554/eLife.25078.

The balancing roles of mechanical forces during left-right patterning and asymmetric morphogenesis. Ferreira R.R., Vermot J. Mech Dev. 2016 Nov 5. pii: S0925-4773(16)30070-3. doi: 10.1016/j.mod.2016.11.001.

A quantitative approach to study endothelial cilia bending stiffness during blood flow mechanodetection in vivo. Boselli F., Goetz J.G., Charvin G., Vermot J. Methods Cell Biol. 2015;127:161-73.

Endothelial cilia mediate low flow sensing during zebrafish vascular development. Goetz JG, Steed E, Ferreira RR, Roth S, Ramspacher C, Boselli F, Charvin G, Liebling M, Wyart C, Schwab Y, Vermot J. Cell Rep. 2014 Mar 13;6(5):799-808.


Oral communications

EMBO Symposium, Mechanical forces in Biology, 2017, Heidelberg (selected for a talk)


Physics and Biological Systems 2016, Palaiseau, 24-26 October 2016 (Invited speaker)

EMBO Conference CILIA 2016, Amsterdam, 4-7 October 2016 (selected talk)


9th French Congress of Cilia, Flagella and Centrosomes, Strasbourg, October 2015 (selected talk) (Prize for best talk for junior scientist)


2nd Tri-Regional Stem Cell and Developmental Biology Meeting, Freiburg, October 2015

7th Regional Meeting on Fish Genetics and Development, Castle Landeck, October 2013


FASEB Summer Research Conference ”The Biology of Cilia and Flagella”, Colorado, USA

Les flux biologiques sont nécessaire pour le le développement des organes. Le développement des reins, de l’oreille interne, la migration des neurons, le développement du système cardiovasculaire, l’hématopoïèse et la mise en placed l’axe droite-gauche sont tous dépendants de la présence de stress mécaniques. De nombreuses pathologies sont lies à des flux biologiques anormaux comme l’athérosclérose ou certaines ciliopathies. Le movement des fluides biologiques est souvent médié par des cils moteurs. Les cils sont des organelles cellulaire qui dépasse de la surface de pratiquement toutes les cellules des vertébrés. Tipiquement, leur taille varie entre 3 a 10 microns. Chez les vertébrés, les cils fonctionnent comme des chemosenseurs et/ou des senseurs mecaniques. En bougeant les fluides, les cils controllent de nombreux processus développementaux comme la formation de gradient, la formation des biominéraux et la formation des cavités et microvaisseaux.
Notre but à long terme est de comprendre les intéractions entre les forces mécaniques et la signalisation a l’intérieur des cellules pendant l’embryogénèse. Dans ce but, nous étudions la mise en place de l’axe droite-gauche et les differentes voie de signalisation méchaniques et biochimiques activées par l’activité des cils dans l ‘organisateur de l’axe droite-gauche du poisson zèbre (aussi connu sous le nom de vesicule de Kuppfer, KV). Nous avons développé des approches permettant de visualiser et de caractériser les forces fluidiques générés par les cils moteurs. Grâce à des expériences pilotes, nous avons pu montrer qu’il est possible de mesurer et de prédire les forces générées dans la KV. Nous avons aussi pu montrer que l’expression de charon, un membre de la famille DAN/Cerberus, est sous la dépendance du flux générés dans la KV.
Dans ce projet, nous proposons de combiner l’imagerie in vivo, l’utilisation de pinces optiques et de l’optogentique ainsi que des expériences de biologie moléculaire dans le but de comprendre le mecanisme par lequel les forces fluidiques controllent l’activité des cellules in vivo. Nous utilisons le poisson zèbre comme model animal pour ses propriétés optiques qui sont optimales pour les manipulations optiques. Dans un premier temps, nous proposons de caractériser les forces fluidiques dans la KV. Ensuite, nous voulons caractériser comment ces forces controllent les réponses cellulaires, comme les réponses calciques, à travers la voie de signalisation mécanique. Pour finir, nous proposons de caractériser le paysage transcriptionel des cellules qui forment la KV en réponse au flux.
Ces travaux permettront de mieux comprendre comment les systèmes biologiques intègrent les informations mécaniques et biochimiques pour diriger l’identité des cellules et pour moduler la signalisation intracellulaire.

Coordinateur du projet

Monsieur Julien Vermot (INSTITUT DE GENETIQUE ET DE BIOLOGIE MOLECULAIRE ET CELLULAIRE) – julien@igbmc.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CEDOC CENTRO DE ESTUDOS DE DOENCAS CRONICAS
IGBMC INSTITUT DE GENETIQUE ET DE BIOLOGIE MOLECULAIRE ET CELLULAIRE

Aide de l'ANR 392 080 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2013 - 36 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter