Aléatoire et variabilité dans l'embryogenèse animale, une approche multi-échelle
Randomness and variability in animal embryogenesis, a multi-scale approach
par Villoutreix Paul sous la direction de Peyriéras Nadine et de Longo Giuseppe
Thèse de doctorat en Biologie Mathématique
École doctorale Interdisciplinaire Européenne Frontières du Vivant

Soutenue le Friday 03 July 2015 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Modèles mathématiques
  • Ontogenèse
  • Variabilité

Depuis le 1er janvier 2012, les thèses de doctorat soutenues ou préparées à l’Université Paris Descartes sont déposées au format électronique, sous licence Creative Commons.

Consultation de la thèse sur d’autres sites :

Theses.fr (Version intégrale de la thèse (pdf))
TEL (Version intégrale de la thèse (pdf))

Description en anglais
Description en français
Mots clés
Biologie du développement, Biologie intégrative, Embryogenèse, Oursin, Paracentrotus lividus, Poisson zèbre, Danio rerio, Squint, Epithelium, Lignage cellulaire, Pénétrance incomplète, Variabilité, Aléatoire, Processus stochastique, Géométrie de l'information, Topologie algébrique, Homologie persistante, Mécanique quantique
Resumé
Nous proposons dans cette thèse de caractériser quantitativement la variabilité à différentes échelles au cours de l'embryogenèse. Pour ce faire, nous utilisons une combinaison de modèles mathématiques et de résultats expérimentaux. Dans la première partie, nous utilisons une petite cohorte d'oursins digitaux pour construire une représentation prototypique du lignage cellulaire, reliant les caractéristiques des cellules individuelles avec les dynamiques à l'échelle de l'embryon tout entier. Ce modèle probabiliste multi-niveau et empirique repose sur les symétries des embryons et sur les identités cellulaires; cela permet d'identifier un niveau de granularité générique pour observer les distributions de caractéristiques cellulaires individuelles. Le prototype est défini comme le barycentre de la cohorte dans la variété statistique correspondante. Parmi plusieurs résultats, nous montrons que la variabilité intra-individuelle est impliquée dans la reproductibilité du développement embryonnaire. Dans la seconde partie, nous considérons les mécanismes sources de variabilité au cours du développement et leurs relations à l'évolution. En nous appuyant sur des résultats expérimentaux montrant une pénétrance incomplète et une expressivité variable de phénotype dans une lignée mutante du poisson zèbre, nous proposons une clarification des différents niveaux de variabilité biologique reposant sur une analogie formelle avec le cadre mathématique de la mécanique quantique. Nous trouvons notamment une analogie formelle entre l'intrication quantique et le schéma Mendélien de transmission héréditaire. Dans la troisième partie, nous étudions l'organisation biologique et ses relations aux trajectoires développementales. En adaptant les outils de la topologie algébrique, nous caractérisons des invariants du réseaux de contacts cellulaires extrait d'images de microscopie confocale d'épithéliums de différentes espèces et de différents fonds génétiques. En particulier, nous montrons l'influence des histoires individuelles sur la distribution spatiales des cellules dans un tissu épithélial.