Breakdance

Mécanismes de contrôle et robustesse de la rupture de symétrie des systèmes multicellulaires

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La compréhension de l'établissement du plan de corps des animaux est un défi important de la biologie moderne. Les progrès ont été principalement limités par (1) la séparation des domaines de recherche étudiant les mécanismes génétiques et biophysiques, et (2) le manque d'approches pour imiter l'organisation des tissus multicellulaires à partir des premiers principes. Dans un effort interdisciplinaire, nous nous concentrerons sur les premiers stades du développement animal, lorsque les premières étapes de la différenciation cellulaire définissent l'axe primaire du corps par rupture de la symétrie spatiale, posant ainsi les bases du futur plan corporel. Notre objectif est d'identifier les mécanismes fondamentaux qui contrôlent ce processus de rupture de symétrie. Dans ce but, nous étudions les mécanismes qui relient la géométrie globale des tissus (forme, taille, dimension et conditions limites) aux interactions mécanochimiques au niveau de la cellule unique. Nous abordons les questions suivantes : (i) Comment la forme et la taille globales contrôlent-elles les états et les interactions cellulaires ? (ii) Comment les états et les interactions cellulaires induisent-ils une rupture de symétrie robuste au niveau du tissu ? (iii) Dans quelle mesure la géométrie peut-elle contrôler la spécification du destin cellulaire d'une manière indépendante de l'espèce? Pour surmonter les limitations précédentes, nous établissons une boîte à outils d'approches synthétiques et de tests fonctionnels ex vivo. Nous utilisons des cellules souches embryonnaires de souris, de poisson zèbre et humaines comme systèmes modèles. Cette approche est combinée à des techniques biophysiques avancées et à la modélisation théorique pour disséquer systématiquement le couplage entre les mécanismes génétiques et biophysiques, révélant ainsi la danse multicellulaire qui sous-tend la rupture de symétrie des tissus. Nos résultats seront utiles pour comprendre comment des formes biologiques complexes sont construites de manière robuste à partir d'un œuf fécondé. Ils auront un impact sur notre compréhension du développement et de la maintenance des organismes et ouvriront de nouvelles voies pour la conception contrôlée de tissus et d'organes artificiels.