Mechanical measurements across scales in 2D and 3D during epithelial morphogenesis

par Weiyuan Kong

Thèse de doctorat en Biologie du développement

Sous la direction de Pierre-François Lenne et de Raphaël Clément.

Soutenue le 23-06-2021

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) , en partenariat avec Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM) (laboratoire) .

Le président du jury était Olivier Théodoly.

Le jury était composé de Magali Suzanne.

Les rapporteurs étaient Cyprien Gay, Isabelle Bonnet.

mots clés

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• Plantes -- Expression génique
• Biologie du développement
• Plantes -- Morphogenèse
• Épithélium
• Drosophiles

Titre traduit

Mesures mécaniques à travers les échelles en 2D et 3D pendant la morphogénèse épithéliale

Résumé

Au cours du développement, les forces mécaniques provoquent des changements de forme, de position, de taille des cellules et affectent l’expression génique. Ainsi, la mesure mécanique est indispensable pour mieux comprendre le rôle de ses forces lors du développement.Dans la première partie de cette thèse, j'ai implémenté deux méthodes d'inférence de forces. La méthode d'inférence de force consiste à déduire les forces sur la base de la géométrie des cellules dans le plan apical. Ensuite, j'ai effectué des comparaisons systématiques de l'inférence de force avec des expériences d'ablation laser dans different tissus épithéliaux. Nos résultats démontrent que l'inférence de force est une méthode fiable et efficace pour quantifier l'état mécanique des épithéliums. Dans la seconde partie de ma thèse, j’ai étudié la mécanique associée aux changements de forme cellulaire 3D lors de l’invagination du mésoderme de l’embryon de Drosophile. Pendant l'invagination, la cellule se contracte en apical et s’expande en basal. L’imagerie confocale indique que lorsque de la cellule se contracte en apical, le volume de la cellule reste constant à l'échelle de la minute suggérant que les changements basaux pourraient être une conséquence de la conservation de volume cellulaire. J'ai perturbé l'actomyosine apicale avec l’ablation laser, déclenchant l'expansion ou la constriction apicale des cellules, et produisant des changements d’aire basale avec un délai, qui révèle la propagation de la déformation le long de l’axe apico-basal.

mots clés

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Résumé

During development, mechanical forces cause changes in cell shape, position and size and affect gene expression. Thus, mechanical measurement is essential to better understand the role of these forces during development.In the first part of this thesis, I implemented two force inference methods. The force inference method consists of inferring the forces based on the geometry of the cells in the apical plane. Then, I performed systematic comparisons of force inference with laser ablation experiments in different epithelial tissues. Our results demonstrate that force inference is a reliable and efficient method to quantify the mechanical state of epithelia. In the second part of my thesis, I studied the mechanics associated with cell shape changes in 3D during invagination of the mesoderm of the Drosophila embryo. During invagination, the cell contracts apically and expands basally. Confocal imaging indicates that when the cell contracts apically, the cell volume remains constant on a minute scale suggesting that basal changes may be a consequence of cell volume conservation. I disrupted apical actomyosin with laser ablation, triggering apical expansion or constriction of cells, and producing basal area changes with a time delay, which reveals the propagation of the deformation along the apical-basal axis.