Contrôle spatial et temporel des systèmes biologiques in vitro

Spatial and time control of micro-environment of in vitro biosystems

• Auteur / Autrice : Théo Cambier
• Direction : Laurent Blanchoin, Manuel Théry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 16/10/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physiologie cellulaire végétale (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Johann Collot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yong Chen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Studer, Vincent Senez

Mots clés

Mots clés libres

Cellule souche

Microfluidique

Actine

Stem cell

Microfluidic

Actin

Résumé

Le cytosquelette d’actine régule la forme de la cellule au cours du temps. Pour lecomprendre, il faut étudier les mécanismes moléculaires qui le constituent. In vivo,ces mécanismes sont masqués par la complexité du vivant. Si nous parvenons àreproduire pièce par pièce le cytosquelette d’actine in vitro et si nous pouvons lecontrôler, aussi bien dans l’espace et dans le temps, alors nous pourrons élucider lessecrets de son fonctionnement. Cette thèse montre que nous avons maintenantdéveloppé la technologie qui nous permet de le faire pour certaines architectures ducytosquelette d’actine.Nous avons développé de nouvelles méthodes de « micropatterning » pour contrôlerla nucléation des monomères d’actine dans l’espace en deux dimensions. Ceci nous aamenés à la reconstitution et au guidage de réseaux de filaments d’actine parallèles àpolarité identique et à la reconstitution de l’anneau de cytocinèse.J’ai crée une puce microfluidique innovante pour contrôler la compositionbiochimique des systèmes d’actine reconstitués au cours du temps. Ceci nous a permisde contrôler la cinétique de polymérisation du filament d’actine individuel libre, et decontrôler la séquence d’intervention des protéines sur les réseaux de filamentsd’actine parallèles à polarité identique.Enfin, nous avons utilisé cette même puce microfluidique pour étudier ladifférentiation des cellules souches hématopoïétiques.

Actin cytoskeleton regulate cell shape over time. To understand that, we have to studymolecular mechanisms that constitute actin cytoskeleton. In vivo, those mechanismsare hidden by cellular complexity. If we achieve to reproduce piece by piece actincytoskeleton in vitro and if we can control it in space and time, then we are able toelucidate the secrets of it operate. This thesis show that we have developed thetechnology that allow us to do it for a few actin cytoskeleton architectures.We have developed new micro-patterning methods to control actin monomersnucleation into two-dimensional space. This led us to the reconstitution and guidanceof parallel actin filament networks with same polarity and allowed us to reconstituteactin contractil ring.I created an innovating microfluidic chip to control biochemical composition ofreconstituted actin systems over time. This allowed us to control kinetics of freeindividual actin filament polymerisation and to control the intervention sequence ofproteins on parallel actin filament networks.Finaly, we used the microfluidic chip to study hematopoïetic stem cellsdifferentiation.