Merits and limits of surface and line tensions to account for the shape of epithelial cells

Pertinence et limites des tensions de surface et de ligne pour rendre compte des formes des cellules épithéliales

Nicolas Harmand (1)

1 MSC - Matière et Systèmes Complexes

Building a physical framework to account for the shape of cells in epithelia is an important challenge to understand various biological processes, such as embryogenesis. The work presented in this thesis aims to understand how surface tensions and line tensions shape epithelial cells, using microstructured substrates, confocal fluorescence microscopy, force inference and theory. We cultured epithelial cells on either flat or curved substrates and we explored the influence of the curvature of the substrate on the shape of these cells, especially the resulting thickness of the epithelial sheet. The model we propose to account for our measurements aims at computing the shape of individual cells within an epithelium using differentiated surface tensions for the different interfaces (cell-cell, cell-substrate and apical surface tensions) and an apical line tension. We combined these measurements with force inference within the tissue using both the shape of cells in the epithelial sheet plane and the shape of the intercellular junctions within the thickness of the epithelium. We thus can infer which parameters determine the three dimensional shape of the cells and we can evaluate values for the different interfacial tensions by comparing the three-dimensional cell shape measurements with the predictions of the model and the predictions of force inference.

La compréhension physique de la forme des cellules épithéliales est un défi important pour comprendre divers processus biologiques, comme l'embryogenèse. Le travail présenté dans cette thèse vise à comprendre comment des ingrédients physiques comme les tensions de surfaces peuvent expliquer la forme des cellules épithéliales, par des expériences sur substrats microstructurés, de l'analyse d'images et de la théorie. On a cultivé des cellules épithéliales sur des substrats plats ou courbés et on a exploré l'influence de la courbure du substrat sur la forme de ces cellules, particulièrement l'épaisseur de l'épithélium qui en résulte. Le modèle que l'on propose pour rendre compte de ces mesures d'épaisseur vise à calculer la forme des cellules individuelles au sein d'un épithélium en utilisant des tensions de surface différentes pour les différentes interfaces (tensions de surface cellule-cellule, cellule-substrat et apicale), et une tension de ligne apicale. On a combiné ces mesures avec l'inférence de force dans le tissu en utilisant à la fois la forme des cellules dans le plan de l'épithélium et la forme des jonctions intercellulaires dans l'épaisseur de l'épithélium. On peut alors déduire quels paramètres déterminent la forme tridimensionnelle des cellules et évaluer les valeurs des différentes tensions mises en jeu, en comparant les mesures tridimensionnelles de la forme des cellules avec les prédictions du modèle et les prédictions de l'inférence de force.

Mots clés: Epithélium; Tension; Inference; Microfabrication; Shape; Surface

Mots clés: Epithélium; Tension; Inférence; Microfabrication; Forme; Surface

Domaines: Physique [physics]

Nicolas Harmand. Pertinence et limites des tensions de surface et de ligne pour rendre compte des formes des cellules épithéliales. Physique [physics]. Université Paris Cité, 2019. Français. ⟨NNT : 2019UNIP7002⟩. ⟨tel-02892746⟩