Interrogation optogenetiques d'un modèle du tissue minimaliste

par Artur Ruppel

Projet de thèse en Physique pour les Sciences du Vivant

Sous la direction de Martial Balland et de Thomas Boudou.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (laboratoire) et de MOTIV : Matériaux, Optique et techniques instrumentales pour le vivant (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Les forces sont fondamentales pour les processus biologiques. Bien que leur implication dans des ´ev`enements tels que la division et la migration cellulaire est ´evidente, l'importance des signaux m´ecaniques pour la r´egulation de processus comme la morphog´en`ese a ´et´e longuement sousestim´ee. D´esormais, de nombreux m´ecanismes mol´eculaires de la g´en´eration, de la perception et de la transduction des forces sont correctement d´ecrits. Toutefois, nous savons encore peu de choses concernant la r´egulation de processus biologiques complexes et la transmission de forces de cellule `a cellule. Ces questions ne pouvaient longtemps ne pas ˆetre abord´ees, car il n'existait pas d'outils permettant la modulation des forces intercellulaires avec une haute r´esolution spatiotemporelle. Nous proposons un mod`ele minimaliste constitu´e de deux cellules ´epith´eliales (MDCK), avec une g´eom´etrie stan- dardis´ee, obtenue `a l'aide de micropatterns sur des subtrats mous, permettant l'´etude de la transmission de forces dans les tissus ´epith´eliaux. La microscopie de force de traction est utilis´ee pour mesurer les forces cellulaires au sein du mod`ele en r´eponse aux stimula- tions optog´en´etiques. Au cours de ce travail, nous avons ´etabli les param`etres n´ecessaires pour ces exp´eriences optog´en´etiques, test´e l'ad´equation des outils choisis et nous avons obtenu des r´esultats pr´eliminaires concernant la transmission de forces entre deux cellules. Nous avons ´egalement d´evelopp´e un premier mod`ele th´eorique simple afin d'expliquer les r´esultats observ´es

  • Titre traduit

    Optogenetic interrogation of a minimalistic tissue model


  • Résumé

    Forces are fundamental in biological processes. Whereas the implication of forces in pro- cesses like cell division and cell migration are obvious, the importance of mechanical signals in regulatory processes e.g. in morphogenesis has long been overlooked. Whereas many of the molecular mechanisms for force generation, sensing and transduction are already well described, it is less known how these forces are used to regulate complex biological processes and how forces are transmitted from one cell to another. These kind of questions could long time not be adressed, since an appropriate tool for modulating cell-cell forces with high spatiotemporal resolution was missing. With the development of optogenetic tools, with which cell contraction can be induced by stimulating the cell with light, these questions can now be adressed. We propose a minimalistic tissue model consisting of two epithelial cells (MDCK) with standardized geometry, achieved through the use of mi- cropatterns on a soft substrate, to study force transmission in epithelial tissues. Traction force microscopy is used to measure the cellular forces in the model in response to the op- togenetic stimulation. In this work, we established the necessary parameters for planned optogenetic experiments, verified the applicability of the chosen tools and obtained some preliminary results regarding force transmission between the two cells. We also developed a first, simplistic theoretical model aiming to explain the observed results.