Imagerie multiphoton quantitative et ablation laser par impulsions femtosecondes pour l'étude de l'expression génétique mécano-sensible chez l'embryon de drosophile sauvage

par Willy Supatto

Thèse de doctorat en Interfaces Physique - Biologie

Sous la direction de Emmanuel Farge.

Soutenue en 2005

à Paris 7 .

mots clés

• Drosophila melanogaster
• Développement embryonnaire
• Mouvement cellulaire -- méthodes
• Microscopie confocale
• Morphogenèse

Résumé

Le développement d'un embryon met en jeu une chorégraphie complexe de mouvements cellulaires régulés très précisément dans l'espace et dans le temps. Ces mouvements morphogénétiques sont contrôlés par une cascade d'expressions génétiques. Dans ce processus de régulation, nous nous intéressons à i'existence potentielle d'une boucle de rétroaction mécanique. En particulier, au cours de la gastrulation de l'embryon de drosophile, l'expression de twist, un gène du développement essentiel à la morphogénèse, a été identifiée comme mécano-sensible. Afin d'étudier ce phénomène, nous avons développé des approches permettant de visualiser, de quantifier et de moduler les mouvements morphogénétiques in vivo. Nous montrons tout d'abord que les techniques de microscopîe non linéaire, telles que la microscopie de fluorescence excitée à deux photons (2PEF) et ia microscopie de génération de troisième harmonique (THG) permettent de visualiser ie développement de l'embryon en 3D. Les d'images sont analysées en adaptant la vélocimétrie par image de particules (P!V) afin de quantifier précisément les mouvements et les déformations cellulaires. De plus, une nouvelle technique de dissection laser à l'aide d'impulsions femtosecondes a fait l'objet d'une caractérisation expérimentale et biologique et est utilisée pour moduler les mouvements morphogénétiques de façon non-invasive. Enfin, approche « toute optique » a permis de démontrer 'expression mécano-sensible de twist dans les cellules du pôle antérieur de l'embryon, à l'aide d'une méthode physique (non génétique) dans un contexte d'embryon sauvage, et de corréler cette expression aux domaines de déformation cellulaire.

Titre traduit

Multiphoton quantitative imaging and femtosecond pulse-induced ablation to study mechano-sensitive gene expression during wild-type Drosophila embryo development

Résumé

The development of an embryo involves a complex choreography of cell movements that are highly regulated both in time and space. These morphogenetic movements are controlled by cascades of gene expression. We are interested in the potential role of a mechanical feedback in this regulation process. More specifically, the expression of twist, a developmental gene involved in the control of morphogenesis, has been identified as mechano-sensitive during Drosophiia melanogaster gastrulation, The precise study of this process required to develop novel approaches that enabled us to visualize, quantify and modulate morphogenetic movements in vivo, in this thesis, we first demonstrate that non linear microscopies, such as two-photon excited fluorescence (2PEF) microscopy and third harmonie generation (THG) microscopy, are highly appropriate to image embryo development in 3D. These are analyzed by using particle image velocimetry (PiV) in order to quantify cell movements and deformations. In addition, a novel technique of laser surgery using femtosecond pulses is experimentally and biologically characterized and is used to modulate morphogenetic movements in a non-invasive way. Finally, this ail optical and non-genetic approach provide novel insight into the issue of twist mechano-sensitive expression in anterior pole cells. In particular, the correlation between gene expression and specific cell deformations is demonstrated In wild-type embryos.