Organoïdes intetestinaux, Auto-organisation, Cellules souches, Destin cellulaire, Mécanobiologie

La morphogénèse et l'homéostasie tissulaire sont le résultat de processus complexes tels que la régulation génétique et l'auto-organisation. Par ailleurs, on sait que l'environnement mécanique influence l'auto-organisation des cellules ainsi que leur différenciation. Cependant, l'impact de l'environnement mécanique sur le maintien des cellules souches tissulaires, leur différenciation et le renouvellement homéostatique des tissus restent peu compris. Le système modèle choisi dans cette étude est l'épithélium intestinal ex-vivo. L'épithélium intestinal est constitué d'une couche unique de cellules, comprenant différents types cellulaires, dont la distribution suit une structure en cryptes et villosités. Il est renouvelé en 3 à 5 jours chez la souris à partir des cellules souches situées dans la crypte. Les cellules souches produisent des cellules d'abord indifférenciées qui vont proliférer, puis se différencier tout en migrant le long de la villosité. Les organoïdes intestinaux constitue un outil d'étude ex-vivo puissant. Ce sont des agglomérats de cellules, formés à partir de cryptes prélevées chez des individus adultes, cultivés dans du Matrigel. Ils présentent une organisation 3D proche de l'in-vivo. Ainsi, l'épithélium intestinal est un modèle idéal pour étudier l'apport de la mécanique à la morphogénèse et l'auto-organisation des tissus. Mon travail se concentre sur le rôle des contraintes mécaniques sur l'auto-organisation et le maintien des cryptes intestinales. Pour ce faire, j'ai développé une méthode de culture les cellules d'organoïdes intestinaux de souris en 2D sur des gels de polyacrylamide de rigidité contrôlée. J'ai observé l'émergence de domaines semblables à des cryptes, contenant des cellules de Paneth et des cellules souches LGR5+. Ils sont caractérisés par une densité cellulaire élevée, avec des cellules plus colomnaires que les cellules différenciées environnantes. Par ailleurs, la hauteur, la densité et la prolifération des cellules de cryptes diminuent avec l'augmentation de la rigidité du substrat. De plus, si la rigidité du substrat n'affecte pas la taille apparente des domaines cryptiques. En revanche, leur formation est plus rapide sur des substrats plus rigides. A partir de cellules entièrement dissociées riches en cellules LGR5+, j'ai pu montrer que les cryptes pouvaient s'auto-organiser en deux à trois jours sur ces substrats plans. On assiste à un scénario similaire à celui observé au cours du développement. D'une part la prolifération est maintenue et la densité cellulaire augmente dans les domaines cryptiques.D'autre part la proportion de cellules LGR5+, la prolifération et la densité cellulaires diminuent dans les domaines différenciés. Dans les zones de crypte les cellules sont plus tassées et moins mobile que les cellules autour. Les cryptes sont entourées de cellules très allongées et alignées tangentiellement aux domaines cryptiques formant une frontière entre les deux domaines. Cette frontière est caractérisée par des câbles supra-cellulaires d'acto-myosine alignés tangentiellement. Enfin, j'ai montré que la diminution de la contractilité cellulaire induite par le KO myosine II A n'empêchait pas la formation des cryptes mais altérait leur maintien par effacement de la frontière entre les deux domaines. Mes travaux suggèrent donc que les cryptes peuvent se maintenir par une contribution conjointe de la pression de prolifération et d'une frontière de cellules plus contractiles entre les domaines de crypte et les domaines des cellules différenciées. Ces recherches contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires liés au développement et au renouvellement homéostatique de l'épithélium intestinal. De manière remarquable elles illustrent comment un équilibre entre la prolifération et la contractilité cellulaire contribue à la formation d'une frontière entre cellules issues d'un même lignage, processus rare autant chez les vertébrés que chez les invertébrés.