Modélisation de la structuration tridimensionnelle de systèmes tissulaires

La forme d’ensemble d’un organisme est déterminée durant le développement embryonnaire. Par la suite, une structuration des tissus est avant tout requise pendant la cicatrisation de plaies ou lorsque les tissus s’adaptent à un stress mécanique ou une infection. Les processus permettant aux tissus de se déformer de façon contrôlée dans le but de générer avec grande précision une forme définie ne sont pas connus. Cette question ouverte est également importante d’un point de vue médical, vu que l’un des objectifs centraux de la recherche dans le domaine des cellules souches est la production d’organes de remplacement à l’extérieur du corps.

La structuration des tissus requiert une génération orchestrée de forces mécaniques par les cellules individuelles dans un collectif de cellules. Encore récemment, on pensait que ce processus était entièrement contrôlé par l’état de différenciation des cellules, qui à son tour est déterminé par des réseaux de signalisation activant des programmes génétiques spécifiques. Il s’avère toutefois que la structuration tissulaire est un processus de rétroaction dynamique dans lequel les cellules génèrent des forces en réponse à leur état de différenciation, mais dans lequel elles se différencient également en divers types de cellules en réponse aux différences qu’elles détectent entre les forces.

Les forces dans les tissus vivants et les cellules

Une telle complexité exige une approche systémique intégrant les forces mécaniques de la morphogenèse des tissus dans les programmes moléculaires de différentiation. L’étude des forces dans les tissus vivants et les cellules représente un défi important, raison pour laquelle la modélisation s’avère être un instrument d’exploration puissant. Jusqu’à présent, des modèles bidimensionnels simplifiés ont été le plus souvent utilisés. Ils simulent des aspects très spécifiques d’un système tissulaire et partent du principe que toutes les cellules sont des éléments identiques. Cependant, les tissus se déforment et croissent dans les trois dimensions, et la variabilité des cellules est un aspect fondamental de tout système biologique.

Les modèles détaillés incluent la troisième dimension

«MorphogenetiX» est conçu comme un effort interdisciplinaire, intégrant ces propriétés dans l’étude de la structuration des tissus. Une analyse quantitative et à grande échelle de données issues de l’imagerie de cellules vivantes, couvrant dans l’espace et dans le temps diverses propriétés de cellules individuelles de type sauvage et mutant ou de tissus, servira de fondement pour la génération de modèles détaillés de la structuration tissulaire. Ces modèles tiendront explicitement compte de la troisième dimension ainsi que de la variabilité entre les cellules. Leur capacité de prédiction donnera lieu à de nouvelles expériences et à un retour d’information vers ces mêmes modèles. L’objectif est d’identifier des processus génériques présents dans la morphogenèse de tous les tissus. Notre étude inclura également la mise au point de nouveaux instruments permettant d’observer et de manipuler les forces in vivo ainsi qu’une méthode de criblage basée sur la protéomique et visant à identifier les facteurs moléculaires cruciaux.

Mis à jour en juillet 2014