Morphognse et mcanique des tissus pithliaux

De la mcanique des cellules la morphogense de l'embryon :

Notre quipe se focalise sur la morphognse de lembryon et sur les mcanismes mergents permettant de gnrer les mouvements et le remodelage coordonns des tissus au cours du dveloppement.

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Les projets dvelopps dans le laboratoire rassemblent des chercheurs de provenances diverses (biologie, informatique, physique et ingnierie) pour former un groupe interdisciplinaire dans un environnement international.

La morphognse tissulaire est un processus par lequel le blastoderme embryonnaire est remodel, pour devenir, dans sa forme finale, un animal adulte parfaitement dvelopp. Les tissus sont constitus de cellules interconnectes les unes aux autres. Les modifications locales de la forme dune cellule entranent des modifications de la forme globale du tissu. Nanmoins, les mcanismes orchestrant la morphogense apparaissent non seulement aux chelles subcellulaire et cellulaire, mais galement l'chelle d'un tissu et de l'ensemble de l'embryon, engendrant les mouvements globaux des cellules ainsi que le repliement, l'extension, la convergence, l'amincissement et l'paississement des tissus.

Projection cylindrique du dplacement cellulaire sur l'ensemble de l'embryon au cours des premires tapes du dveloppement de la mouche  fruits. La partie antrieure de lembryon se situe en haut, la partie postrieure en bas, celle ventrale au milieu et dorsale sur les cts gauche et droite. Les couleurs plus chaudes reprsentent un dplacement plus rapide des cellules  un instant donn.

Projection cylindrique du dplacement cellulaire sur l'ensemble de l'embryon au cours des premires tapes du dveloppement de la mouche des fruits. La partie antrieure de lembryon se situe en haut, la partie postrieure en bas, celle ventrale au milieu et dorsale sur les cts gauche et droite. Les couleurs plus chaudes reprsentent un dplacement plus rapide des cellules un instant donn.

L'tude de la dynamique et de la mcanique des cellules et des tissus dans un embryon en dveloppement est techniquement beaucoup plus difficile que dans un systme en culture. En effet, dans les systmes embryonnaires, on se heurte davantage de contraintes exprimentales. De plus, les conditions aux limites de ces systmes sont souvent inconnues. Nanmoins, la biologie du dveloppement est un domaine d'un grand intrt car elle permet d'tudier les cellules dans un contexte physiologique pertinent. Cest pourquoi les scientifiques ont envisag l'embryon comme un environnement intressant permettant d'analyser et d'apprendre davantage sur la biologie et la physique des cellules. Beaucoup de travaux ont permis de dissquer les mcanismes cellulaires et subcellulaires qui sont impliqus dans le dveloppement conduisant la morphogense des tissus. Cependant, il nest pas encore clair comment la mécanique cellulaire et subcellulaire de l'embryon peut donner naissance des proprits mergentes qui coordonnent les mouvements des tissus pithliaux, remodelant constamment l'embryon et rtroagissant sur la dtermination du destin cellulaire. Nos recherches visent établir les liens entre les diverses chelles dobservation, des niveaux subcellulaires l'embryon. Elles conduiront la comprhension ultime sur la faon dont un embryon se dveloppe en modulant sa forme.

De lchelle subcellulaire l'embryon. Embryon de drosophile. A gauche: vue rapproche des cellules pendant la gastrulation prcoce (marqueur membranaire, chelle 5 m). A droite: projection cylindrique et coupe transversale de l'embryon entier pendant la gastrulation prcoce (marqueur membranaire, chelle 100 m).

La formation du repliement des tissus est un processus morphologique commun se produisant au cours de la morphogense. Ce processus joue un rle cl dans le dveloppement de l'embryon, car il permet la translocation des cellules dans les zones internes de l'embryon o les organes spcifiques de l'animal adulte seront alors crs (processus appel gastrulation). Un modle biologique particulirement adapt pour l'tude de ce repliement tissulaire est l'embryon de drosophile pour laquelle de nombreux outils gntiques sont disponibles et dimportantes techniques de manipulation dveloppes pour explorer la mcanique des cellules. Dans l'embryon prcoce de drosophile, il a t dmontr qu'un tissu peut se replier via des mcanismes trs diffrents. Un exemple concerne les replis dorsaux qui sont initis par la translocation de jonctions cellulaires vers le ct basal des cellules dorsales. Un autre exemple concerne la formation d'un sillon ventral qui provient d'une bande de constriction dacto-myosine, engendrant des forces corticales.

Embryon de drosophile. A gauche: la formation du sillon ventral (marqueur Myo-II, chelle 5 m). A droite: dissection au laser infra-rouge du rseau ventral dacto-myosine pendant la formation du sillon.

Comment, lors de son repliement, un tissu peut-il passer dune courbure convexe concave ?

Comment sont rparties les forces, dans le temps, la surface et dans la masse de l'embryon, de manire à induire la morphogense ?

Enfin, comment la mcanique et la morphogense des tissus influencent-elles la transition pithliale-msenchymateuse, la migration cellulaire et la dtermination du destin cellulaire ?

Nos recherches tentent de repousser les limites de la comprhension du dveloppement de l'embryon et de la technologie ncessaire pour permettre une telle approche. Nous utilisons et dveloppons des techniques de pointe dimagerie in vivo, de manipulation laser, de pinces magntiques, de morphologie synthtique base sur loptogntique ainsi que danalyse d'image avec un traitement systmatique des BIG data. Nos tudes sont ralises en comparant des embryons de type sauvage des embryons muts. Enfin, une modlisation in silico est mise en uvre pour corroborer l'tude exprimentale. Cette modlisation dlimite un cadre physique thorique formel afin de reproduire les processus morphogntiques et prdire les caractristiques du systme qui sont, en retour, testes exprimentalement.

 

Dernires publications

Probing tissue interaction with laser-based cauterization in the early developing Drosophila embryo. - 2017 - Methods in cell biology - 139 P153-165 - Rauzi,M

Embryo-scale tissue mechanics during Drosophila gastrulation movements. - 2015 - Nature communications - 6 P8677 - Rauzi M, Krzic U, Saunders TE, Krajnc M, Ziherl P, Hufnagel L, and Leptin,M

Local and tissue-scale forces drive oriented junction growth during tissue extension. - 2015 - Nature cell biology - 17 P1247-58 - Collinet C, Rauzi M, Lenne PF, and Lecuit,T

Noninvasive In Toto Imaging of the Thymus Reveals Heterogeneous Migratory Behavior of Developing T Cells. - 2015 - Journal of immunology (Baltimore, Md. : 1950) - 195 P2177-86 - Bajoghli B, Kuri P, Inoue D, Aghaallaei N, Hanelt M, Thumberger T, Rauzi M, Wittbrodt J, and Leptin,M

Probing cell mechanics with subcellular laser dissection of actomyosin networks in the early developing Drosophila embryo. - 2015 - Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) - 1189 P209-18 - Rauzi M, and Lenne,PF

Physical models of mesoderm invagination in Drosophila embryo. - 2013 - Biophysical journal - 105 P3-10 - Rauzi M, Hocevar A, Ziherl P, and Leptin,M

A model of epithelial invagination driven by collective mechanics of identical cells. - 2012 - Biophysical journal - 103 P1069-77 - Hocevar A, Rauzi M, Leptin M, and Ziherl,P

Cortical forces in cell shape changes and tissue morphogenesis. - 2011 - Current topics in developmental biology - 95 P93-144 - Rauzi M, and Lenne,PF

Planar polarized actomyosin contractile flows control epithelial junction remodelling. - 2010 - Nature - 468 P1110-4 - Rauzi M, Lenne PF, and Lecuit,T

Repression of Wasp by JAK/STAT signalling inhibits medial actomyosin network assembly and apical cell constriction in intercalating epithelial cells. - 2009 - Development (Cambridge, England) - 136 P4199-212 - Bertet C, Rauzi M, and Lecuit,T

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