An in vitro model for the mouse Epiblast to investigate the establishment of the antero-posterior polarity.
Un modèle in vitro de l'Épiblaste de la souris pour l'étude de l'établissement de la polarité antero-posterieure
par Sara BONAVIA sous la direction de Jean-Marc DI MEGLIO et de Benoît SORRE
Thèse de doctorat en Physique
ED 474 Frontières de l'Innovation en Recherche et Education

Soutenue le jeudi 28 novembre 2019 à Université Paris Cité

Sujets
  • Biologie du développement
  • Biologie du développement
  • Cellules souches
  • Cellules souches
  • Microfluidique
  • Morphogenèse
  • Organoïdes
  • Organoïdes

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Mots clés
Biologie du développement, Cellules souches, Organoids, Synthetic embryology, Microfluidique, Morphogenèse
Resumé
Le développement d'un embryon est une interaction de phénomènes, impliquant des réarrangements morphogénétiques, mouvement collective et différenciation cellulaire. Comment une forme complexe, composée de nombreux tissus différents, résulte d'un pool symétrique de cellules identiques n'est pas encore totalement dévoilé. Dans cette thèse, nous nous intéressons à comprendre l'un des premiers événements qui brise la symétrie de l'embryon et établit une direction dans laquelle les différents tissus du futur corps seront répartis : l'établissement de la polarité antéro-postérieure (A-P), qui marquera le locus où la gastrulation va commencer. La manière dont cet axe est établi a été partiellement élucidée. Nous savons que le processus est contrôlé par des signaux chimiques, morphogènes, sécrétés par certains sous-groupes de cellules du tissu extra-embryonnaire. Les conditions minimales d'observation de la polarité ne sont cependant pas encore claires. Avec ce travail, nous avons l'intention de construire un système synthétique in vitro pour découvrir les ingrédients minimaux pour observer la brisure de symétrie dans une structure symétrique, qui imite l'épiblaste en morphologie et en expression génétique. Nous observons comment ce système réagit sous stimulation homogène avec des morphogènes. Nous comparons les résultats obtenus, à une situation où la symétrie du stimulus est brisée. Pour stimuler les cellules avec un stimulus directionnel, nous faisons recours à la microfluidique : nous avons développé un dispositif qui nous permet de stimuler notre épiblaste synthétique avec un gradient de morphogènes. Notre dispositif d'origine reposait sur un débit continu pour établir un puits et une source parfaits pour maintenir le gradient. Nous avons observé une perte d'expression du gene Nodal que nous n'avons pas observée en stimulant les organoïdes uniformément. Nous émettons l'hypothèse que le débit continu est responsable de l'élimination d'une partie de la signalisation sécrétée par les cellules. En modifiant le dispositif pour induire une stimulation uniforme, mais en produisant un gradient de molécules sécrétées, nous avons pu observer la polarité des organoïdes d'une manière plus cohérente qu'en les stimulant uniformément. Nous concluons que ces expériences suggèrent l'existence d'un mécanisme d'autorégulation dans l'embryon pour établir la polarité, et que ce mécanisme coopère avec d'autres pour assurer la robustesse de la polarisation, et qu'une source localisée de molécules de signalisation pourrait être pertinente pour augmenter la fréquence de l'observation de la polarité des organoides des cellules souches embryonnaires. Nous prévoyons que d'autres études utilisant des gradients statiques permettront de pousser ce résultat plus loin. Enfin, nous proposons un système qui permettrait d'étudier un aspect sous-investi du développement : le rôle du confinement physique. Comme on le voit, l'embryon précoce est confiné par le tissu extra-embryonnaire, lui appliquant une contrainte. Nous suggérons qu'il serait intéressant d'étudier l'aspect confinement, en le dissociant de l'aspect signalisation. Pour ce faire, nous proposons d'adapter une méthode d'encapsulation développée à l'origine pour cultiver des organoïdes de cellules cancéreuses, pour encapsuler des cellules souches embryonnaires.