Gouttes vivantes : l’étalement cellulaire vu comme un problème de mouillage

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English version: Living droplets: cell spreading as a wetting problem
Appel à candidature pour une thèse de doctorat à effectuer au Laboratoire Interdisciplinaire de Physique, Université Grenoble Alpes

Directeur de thèse :
Jocelyn Étienne, Jocelyn.Etienne@Univ-Grenoble-Alpes.fr

Financement : Contrat doctoral du Ministère de la Recherche, 1452 € nets par mois

Prière de candidater avant le 23 mai 2021 sur le site de l'ADUM.

La forme qu’adopte une cellule vivante joue un rôle majeur dans sa physiologie. Lorsqu'une cellule s’étale sur un substrat plan, elle adopte une forme qui n'est que partiellement similaire à celle d'une goutte de liquide. En effet, la concavité de sa surface libre s'inverse à proximité de la ligne triple qu’elle forme avec le substrat (figure 1). Ce changement de concavité doit pouvoir nous renseigner sur l'équilibre mécanique qui régit la forme cellulaire. On sait que celui-ci est dominé par les forces exercées par une fine couche de matériau à la surface de la cellule, constituée d'un réseau de polymères, appelée cortex d'actine. Au sein de ce cortex, les molécules-moteurs de myosine génèrent une tension mécanique qui peut être modélisée comme une tension de surface, ce qui amène à la comparaison avec les gouttes liquides. Cependant, le changement de concavité indique qu'un ou plusieurs phénomènes supplémentaires modifie l'équilibre cellulaire. Nous disposons d’observations expérimentales et de quantifications qui permettent d’aborder ce problème en quasistatique puis en dynamique. Sa résolution doit permettre de comprendre les mécanismes et composants déterminant la forme spécifique d’une cellule.

Fig1 Figure 1: Cellule s'étalant sur un substrat plan en vue de côté. A gauche, quantification des courbures par une méthode automatisée d'analyse d'image. Les portions magenta et bleues ont une courbure négative. Expériences et quantification : Jonathan Fouchard, Atef Asnacios.

Fig2 Figure 2: Vues de côté et de dessus d'une cellule marquée en fluorescence pour l'actine (rouge) et la vimentine (vert). L'actine forme une surface "mouillante", allant jusqu'à la périphérie de la cellule dans la zone de courbure négative. La vimentine forme un cortex fermé inclus dans celui d'actine, et dont la courbure est en tout point positive ou nulle, donc "non mouillant". Expériences : Jonathan Fouchard, Atef Asnacios.

Contexte

Il est connu que l’activité de la myosine est nécessaire pour obtenir cette concavité [Burnette et al, 2014] . Cependant, il n’y a à l’heure actuelle pas de modèle mécanique permettant de comprendre le lien entre la tension corticale, générée par ces moteurs, et la forme cellulaire. Notre équipe a développé des outils permettant de modéliser les propriétés mécaniques propres aux cellules vivantes, et de les confronter aux données expérimentales de nos collaborateurs. Ces propriétés incluent : Ce dernier point est l’élément expérimental nouveau qui fait toute l’actualité de ce projet. En effet, sur la base de nos travaux antérieurs [Fouchard et al, 2014, Etienne et al. 2015], nous avons fait l’hypothèse qu’il devait exister une telle structure. En marquant des molécules de filaments intermédiaires (autre composante du cytosquelette beaucoup moins étudiée que l’actomyosine et les microtubules), nos collaborateurs ont très récemment (2020) mis en évidence la présence d’un cortex de vimentine situé à l’intérieur du cortex d’actomyosine et ayant une dynamique de mouillage différente (non mouillant), voir figure 2. Un premier modèle simplifié, bidimensionel, incluant cette structure est actuellement étudié par Ali Wahhod (stage M2 « matière complexe, matière vivante », LIPHY, encadrement J Etienne)

Objectifs

Méthode

Résultats attendus

Décrire l’équilibre mécanique de la cellule sur un substrat a d’abord un intérêt pour la compréhension biomécanique du cytosquelette. C’est aussi une première étape nécessaire avant de décrire la dynamique, qui elle peut permettre de mieux caractériser sa rhéologie : en effet, il n’est pas possible de caractériser celle-ci en dehors du contexte d’une cellule vivante du fait de la multiplicité des molécules et des régulations impliquées. Dans un contexte plus général, comprendre comment différents éléments du cytosquelette et du système d’adhésion cellulaire interagissent pour donner une forme 3D est un enjeu clé pour la biologie. Au cours de l’embryogenèse par exemple, peuvent se former des structures complexes tels que des plis à l’échelle subcellulaire, voir par exemple [Urbano et al, 2018]. Si les molécules importantes sont bien caractérisées, leur mécanique demeure inexpliquée : nos recherches dans un environnement contrôlé et permettant des mesures directes peuvent permettre de progresser sur ces cas plus complexes.

Illustration
Le ou la doctorant-e sera inscrit-e en thèse à l'Université Grenoble Alpes et aura pour lieu de travail le Laboratoire Interdisciplinaire de Physique avec son directeur de thèse Jocelyn Étienne

Le Laboratoire Interdisciplinaire de Physique se trouve à Grenoble. Initialement centré sur la physique et l'instrumentation, le Laboratoire est désormais fortement interdisciplinaire, et compte parmi ses membres des chercheurs et doctorants en mécanique, mathématiques appliquées et biologie.

Le financement est attribué par l'école doctorale I-MEP2. Le salaire net, sous forme d'allocation doctorale, est de 1452 € par mois. Le ou la doctorant-e pourra candidater à une activité complémentaire (enseignement, expertise, valorisation ou diffusion de la recherche) pour un sixième de son temps de travail, portant la rémunération nette à 1744 € par mois environ.

Les candidatures doivent comprendre une lettre (de préférence en anglais) détaillant les motivations et qualifications du ou de la candidate (300 mots maximum), un CV détaillé et les noms et adresses e-mail de trois personnes de référence. Merci d'adresser vos questions à Jocelyn Étienne

La date de début de thèse est prévue pour le 1er octobre 2021.


Références