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Mécanique de l'élongation embryonnaire chez les vertébrés – ElongMech

Biomécanique de l'élongation de l'axe chez les vertébrés

Les tissus embryonnaires sont des matériaux complexes qui ont des propriétés mécaniques déterminées par l'activité cellulaire. L'analogie entre les tissus embryonnaires et les matériaux mous est utilisé pour étudier la mécanique des tissus tels que la deformation des tissus sous l'action des forces. Ici, nous allons identifier et quantifier les paramètres impliqués dans le processus d'elongation d'un embryon de vertébré qui sera essentielle pour la modélisation des phénomènes observés.

Ecoulements et forces pendant le développement embryonnaire

Les études précédentes ont montré que dans les embryons de vertébrés l'elongation de l'axe se fait par l'expansion de la partie postérieure du mesodrem présomitique où les cellules ont un gradient de mouvement brownien. La question intrigante est de comprendre comment une motilité aléatoire graduée de particules (cellules) dans un milieu viscoélastique (tissu) peut donner lieu à un événement de brisure de symétrie (élongation) et quelles sont les paramètres minimales pour que ce phénomène puisse se produire.

Notre objectif est de combiner les mouvements cellulaires avec la rhéologie de tissu pour décrire le processus d'elongation de l'axe chez l'embryon de poulet. La méthode de suivi des cellules est donc utilisé pour caractériser l'écoulement de tissu le long de l'axe antérieur-postérieur de l'embryon. Les propriétés rhéologiques du mésoderme presomtic et les tissus adjacents sont étudiés en utilisant une technique de micro-aspiration.

Les cellules du mésoderme présomitique montrent un gradient de diffusion le long du grand axe de l'embryon. Ce gradient est en corrélation avec la vitesse de la queue et peut être contrôlée en modifiant l'activité cellulaire. Le mésoderme prismatique se comporte comme un liquide viscoélastique.

Notre objectif est de combiner les paramètres mécaniques mesurées expérimentalement telles que la motilité cellulaire, viscoélasticité des tissus et des forces d'expansion, avec la modélisation théorique pour décrire un phénomène morphogénétique pas encore pleinement compris. Cette approche a le potentiel d'être appliqué à d'autres événements pendant le développement des vertébrés où l'extension du tissu se produit par un movement aléatoire des cellules et non un movement dirigé.

En progression

L’axe antéro-postérieur (AP) chez l’embryon est établi au cours d’importants mouvements tissulaires qui mettent en place différents types de tissus. Chez les vertébrés, cette étape est suivie par l’élongation de l’axe AP par addition de cellules progénitrices dans la zone postérieure appelée mésoderme présomitique (PSM). Pendant l’élongation de l’embryon, ces cellules mésenchymateuses très mobiles ralentissent leur mouvement et subissent une transition mésenchymateuse à épithéliale. Ensuite elles se condensent et forment les segments de tissus épithéliaux appelés somites, qui vont plus tard devenir le derme, les muscles squelettiques et les vertèbres. Des études détaillées des processus biochimiques impliqués dans la segmentation révèlent que l’expression cyclique de gènes, connue sous le nom de l'horloge de segmentation, contrôle la périodicité temporelle de la formation des somites, alors que la position de chaque somite est dictée par des gradients de morphogènes, tels que le facteur de croissance des fibroblastes (FGF8).

Des recherches récentes chez le poulet ont démontré que l’ablation du PSM postérieur interfère avec l’élongation, soulignant l'importance du PSM dans ce processus. De plus, les cellules du PSM ne montrent pas un mouvement directionnel, mais diffusent aléatoirement dans le PSM, avec un coefficient de diffusion qui est corrélé avec le gradient de concentration de FGF8. Cette étude propose que le gradient de diffusion cellulaire entraîne une brisure de symétrie, donnant lieu à l’élongation unidirectionnelle de l'axe AP à partir du côté postérieur. La validation de cette hypothèse nécessite l’identification des processus physiques mis en jeu dans l’élongation de l’axe AP.

Dans ce projet, nous allons utiliser des approches de la physique de la matière molle, comme le suivi de microbilles, aspiration par micropipette, et un dispositif de pinces magnétiques pour établir les mécanismes physiques impliqués pendant l’élongation de l’axe AP. Plus précisément, notre objectif est de quantifier les flux tissulaires et les forces d'élongation en fonction de l'activité cellulaire et d'explorer le rôle de la visco-élasticité du PSM dans la régulation de la motilité cellulaire.

Les résultats de ce projet permettront d'évaluer directement le rôle du gradient de diffusion cellulaire dans l’élongation de l'axe AP. L’intégration de ces données physiques avec les modèles biochimiques existants permettra de mieux comprendre les mécanismes embryonnaires, qui ont un rôle clé dans des pathologies encore mal comprises, comme par exemple les malformations congénitales des membres inférieurs.

Coordinateur du projet

Madame Karine Guevorkian (INSTITUT DE GENETIQUE ET DE BIOLOGIE MOLECULAIRE ET CELLULAIRE)

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

IGBMC INSTITUT DE GENETIQUE ET DE BIOLOGIE MOLECULAIRE ET CELLULAIRE

Aide de l'ANR 266 375 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 24 Mois

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