Etude mécanique d'un processus de morphogénèse dans un modèle d'épithélium minimaliste

Mechanical study of a morphogenesis process in a minimalist epithelium model

• Auteur / Autrice : Vladimir Misiak
• Direction : Martial Balland, Thomas Boudou, Giovanni Cappello
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 12/12/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble, Isère, France ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Planus
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Léa-Laetitia Pontani, Nicolas Borghi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matteo Rauzi, Manuel Théry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optogénétique

Morphogenèse

Mécanobiologie

Microscopie

Mots clés libres

Microscopie

Mecanobiologie

Optogénétique

Mécanique

Microfabrication

Microscopy

Mechanobiology

Optogenetic

Mechanics

Microfabrication

Résumé

La morphogenèse implique des changements finement régulés des propriétés tissulaires telles que la rigidité et la motilité. Au cœur de la dynamique tissulaire se trouve la capacité des cellules à stabiliser ou, au contraire, à remodeler les contacts cellule-cellule, donc respectivement en freinant ou en favorisant les mouvements cellulaires et la réorganisation du tissu et finalement sa stabilité. La transition T1 est connue comme un mécanisme de base pour le réarrangement cellule-cellule dans l'organisation de l'épithélium. Cette transition est une caractéristique clé de la bonne morphogenèse de l'embryon. Dans cette thèse, nous visons à étudier cette transition fondamentale en suivant une approche ascendante. À cette fin, nous utiliserons le micro-modelage cellulaire pour créer un quadruplet de cellules imitant l'unité de base du pavage des tissus vivants. L'observation de ces modèles d'épithélium minimalistes en combinaison avec la microscopie à force de traction nous permettra de démêler la distribution sous-jacente de la tension à l'origine de la stabilité mécanique de l'épithélium. Nous utiliserons ensuite l'optogénétique comme outil pour moduler la contractilité des cellules afin d'induire la transition T1. Ce projet combine l'imagerie quantitative en direct avec des méthodes biophysiques pour répondre à une question clé sans réponse : comment les tensions sont-elles distribuées dans l'architecture épithéliale et comment ces forces sont-elles régulées dynamiquement pour assurer la réorganisation cellulaire pendant la morphogenèse tout en conservant l'intégrité du tissu ?

Morphogenesis involves finely regulated changes in tissue properties such as stiffness and motility. Central to tissue dynamics is the capacity of cells to stabilize or, on the contrary, remodel cell-cell contacts, thus respectively opposing or favouring cell movements and tissue reorganization and ultimately stability. T1 transition is known as a basic mechanism for cell-cell rearrangement in epithelium organisation. Such transition is a key feature of proper embryo morphogenesis. In this thesis we aim at studying this fundamental transition following a bottom up approach. To this end we will use cell micro patterning to create quadruplet of cells mimicking the basic unit of living tissue pavement. The observation of those minimalistic epithelium models in combination with traction force microscopy will enable us to unravel the underlying tension distribution at the origin of epithelium mechanical stability. We will then use optogenetic as a tool to modulate cell contractility in order to induce T1 transition. This project combines quantitative live imaging with biophysical methods to address a key unanswered question : How tension are distributed in epithelial architecture and how those forces are dynamically regulate to ensure cell reorganization during morphogenesis while keeping tissue integrity ?