Formation de bicouches de cellules orientées perpendiculairement

Criss-cross bilayering of cell sheets

• Auteur / Autrice : Trinish Sarkar
• Direction : Pascal Silberzan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 29/03/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique des Cellules et Cancer (Paris ; 2024-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivia Du Roure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Silberzan, Abdul I. Barakat, Charlotte Rivière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdul I. Barakat, Charlotte Rivière

Mots clés

Mots clés libres

Nematique

Critsal Liquide

Cellules allongees

Nematic

Liquid Crystal

Elongated Cells

Résumé

Les squelettes hydrostatiques simples tels que celui de l'Hydra sont constitués de deux couches empilées de cellules orientées perpendiculairement. Bien que cette architecture entrecroisée puisse être reproduite in vitro, on en sait peu sur la formation de ces multicouches à partir d'une monocouche. Nous montrons que ce processus est une conséquence de l'organisation nématique de la monocouche active. La monocouche initiale peut être décrite comme un nématique actif contractile caractérisé par des défauts topologiques autopropulsés +1/2. Cependant, une sous-population de ces défauts reste parfaitement immobile. La formation d'une seconde couche perpendiculaire se produit exclusivement au niveau de ces défauts particuliers. En effet, les cellules à la tête du défaut convergent vers le centre immobile du défaut et s'y accumulent jusqu'à ce que la pression devienne trop importante, point auquel les cellules de la tête migrent au dessus de la queue du défaut de la première couche tandis que les cellules de la queue migrent en direction opposée sous la tête du défaut, et les détachent. Les cellules conservant leurs orientations initiales, les deux couches empilées se retrouvent orientées perpendiculairement. Un tel processus concerté conduisant à une bicouche et non à un cluster désordonné dépend de la sécrétion apicale de matrice extra-cellulaire (ECM) par les cellules. En effet, nous mettons en évidence la présence d'ECM entre les couches cellulaires et à la surface apicale de la couche supérieure. Les molécules de l'ECM sont orientées dans la direction des cellules qui les produisent, ce qui peut guider la migration des couches cellulaires ultérieures sur leur côté apical.

Animals with simple hydrostatic skeletons such as Hydra consist in two stacked layers of cells perpendicularly oriented. Although this crisscross architecture can be recapitulated in vitro, little is known on the formation of these multilayers starting from a monolayer. We show that this process is a consequence of the nematic organization of the active monolayer. The initial monolayer can be described as a contractile active nematic characterized by self-propelled +1/2 topological defects. However, a subpopulation of these defects remains perfectly immobile. Perpendicular bilayering occurs exclusively at these particular defects. Indeed, cells at the head of the defect converge toward the (immobile) core and accumulate there until the pressure becomes too large, at which point cells of the head migrate on top of the tail of the first layer while cells of the tail migrate in the opposite direction under the head, and delaminate them. Since cells keep their initial orientations, the two stacked layers end up perpendicularly oriented. Such a concerted process leading to a bilayer and not to a disordered cluster is dependent on the apical secretion of Extra Cellular Matrix (ECM) by the cells. Indeed, we evidence the presence of ECM between the cell layers and at the apical surface of the topmost layer. ECM molecules are oriented in the direction of the cells that produce them, which may guide the migration of subsequent cell layers on their apical side.