Biomechanics of anteroposterior axis elongation in the chicken embryo

Biomécanique de l'élongation de l'axe antéro-postérieur chez l'embryon de poulet

Arthur Michaut (1)

1 IGBMC - Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire

In vertebrates, the elongation of the anteroposterior axis is a crucial step during embryonic development as it results in the establishment of the basic body plan. A previous study highlighted the importance of the presomitic mesoderm (PSM) in elongation and showed that a gradient of random cell motility along the anteroposterior axis is necessary for proper elongation of the chicken embryo. It was proposed that a gradient of random cell motility, downstream of a morphogen gradient, drives axis extension. To date, the potential interaction between well-established molecular signaling and physical mechanisms involved in axis elongation remains largely unexplored. In particular, several mechanical questions need to be addressed. First, can the cell motility gradient lead to PSM extension? Second, is the force generated by PSM extension capable of promoting axis elongation? Third, how is PSM extension mechanically coupled with the elongation of all embryonic tissues? In order to tackle these questions, a better description of the mechanical properties of the embryonic tissues is required. Moreover, to assess specific tissues' contribution to elongation, a quantitative analysis of their force production is needed. In this Ph.D. thesis, we measure how the viscoelastic properties of both the PSM and the neural tube vary along the anteroposterior axis. We also demonstrate that isolated PSM explants are capable of autonomous elongation and we measure their contribution to the total force production in the embryo.

Chez les Vertébrés, le plan d’organisation du corps est mis en place lors de l’élongation de l’axe antéro-postérieur. L’importance du mésoderme pré-somitique (PSM) dans l’élongation a précédemment été démontrée chez l’embryon de poulet. Il a été proposé qu’un gradient de motilité cellulaire aléatoire, contrôlé par un gradient de morphogène, était nécessaire à l’élongation de l’axe. À ce jour, les interactions entre un profil de signalisation moléculaire bien connu et un mécanisme physique d’élongation restent à explorer. En particulier, plusieurs questions de mécanique doivent être étudiées. Tout d’abord, un gradient de motilité cellulaire peut-il provoquer l’extension du PSM ? Ensuite, la force générée par l’extension du PSM peut-elle être à l’origine de l’élongation de l’axe ? Enfin, comment l’extension du PSM est-elle couplée mécaniquement à l’élongation des autres tissus ? Pour répondre à ces questions, une meilleure description des propriétés mécaniques des tissus embryonnaires est nécessaire. De plus, afin d’estimer la contribution des différents tissus au processus d’élongation, une analyse quantitative de la production de force de ces tissus est essentielle. Dans cette thèse de doctorat, nous présentons le profil des propriétés visco-élastiques du PSM et du tube neural le long de l’axe. Nous démontrons également que des PSM isolés sont capables de s’allonger de manière autonome et nous mesurons leur contribution à la force totale d’élongation.

Mots clés: Embryonic elongation; Presomitic mesoderm; Mechanical properties; Force production

Mots clés: Élongation embryonnaire; Mésoderme pré-somitique; Propriétés mécaniques; Production de force

Domaines: Biologie du développement; Biomécanique [physics.med-ph]

Arthur Michaut. Biomechanics of anteroposterior axis elongation in the chicken embryo. Development Biology. Université de Strasbourg, 2018. English. ⟨NNT : 2018STRAJ075⟩. ⟨tel-02295322v2⟩