Cleavage pattern architecture in early embryos : a quantitative approach

Résumé : Les cellules positionnent leur plan de division de manière précise et prévisible. En particulier au tout début de l’embryogenèse, la cellule-œuf suit un patron de clivage extrêmement reproductible, mais néanmoins sensible aux perturbations (manipulation de la forme de la cellule,…), ce qui suggère une plasticité intrinsèque du système. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée aux signaux qui déterminent la position des plans de division embryonnaires, et à leur compétition. Dans un premier temps, j’ai développé un modèle pour prédire le positionnement du plan de division à partir de la forme de la cellule, et de la présence éventuelle de polarité maternelle à la membrane ou d’une distribution inhomogène de yolk/organelles dans le cytoplasme. Ce modèle est basé sur les forces de traction exercées par les microtubules des astres interphasiques sur le fuseau mitotique/noyau. Sous l’hypothèse que ces forces dépendent de la longueur des microtubules (dynéine dans le cytoplasme) et sont modulées par la polarité membranaire, il est alors possible de trouver la position d’équilibre du fuseau, qui détermine le futur plan de division. J’ai également reproduit les formes et réarrangements des cellules (blastomères) dans l’embryon après la division, à l’aide d’un programme (The Surface Evolver) qui minimise l’énergie de surface sous différentes contraintes : ici les volumes, tensions de surface et éventuels confinements. En bouclant la génération des formes des blastomères avec la prédiction de leurs divisions (les formes permettent de prédire la division, qui permet de générer les formes des cellules filles, etc…), j’ai pu reproduire de manière quantitative quatre patrons de clivage représentatifs (poisson-zèbre, xenope, oursin, ascidie), jusqu’au stade 8 à 16 cellules, in silico. J’ai également testé le modèle sur des expériences classiques de perturbation dans ces quatre systèmes (Hertwig, Hörstadius, ablation de la polarité,…), et reproduit les observations de la littérature. Cette première partie suggère que ces systèmes sont auto-organisés et que la détermination du plan de division dépend principalement d’un nombre restreint de signaux. Dans un second temps, j’ai cherché à caractériser la compétition entre les signaux de forme et de polarité maternelle chez l’embryon d’oursin, de manière quantitative. Ce projet comprend une part importante d’imagerie 3D (position des centrosomes et division, polarité, forme des blastomères), ainsi que des expériences visant à tester le rôle de la forme/taille des blastomères et de la polarité (séparation des blastomères, microchambres de différentes formes, inhibition de la polarité,…). Les résultats obtenus sont comparés aux prédictions du modèle, cette fois basées sur la forme imagée des blastomères. Ces résultats expérimentaux confirment les hypothèses de l’étude in silico, et permettent d’évaluer la robustesse du système biologique pour affiner le modèle.
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Thèse
Morphogenesis. Université Paris-Saclay, 2017. English. 〈NNT : 2017SACLS038〉
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Soumis le : mercredi 20 décembre 2017 - 09:39:11
Dernière modification le : jeudi 11 janvier 2018 - 06:18:16

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Anaëlle Pierre. Cleavage pattern architecture in early embryos : a quantitative approach. Morphogenesis. Université Paris-Saclay, 2017. English. 〈NNT : 2017SACLS038〉. 〈tel-01668456〉

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