Etude des mécanismes de la synchronisation du développement grâce à des perturbations spatio-temporelles in-vivo en température chez la larve de C. elegans

Probing C. elegans developmental synchrony and scaling with spatiotemporal temperature gradients

• Auteur / Autrice : Eliot Schlang
• Direction : Wolfgang Keil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et biologie du développement
• Date : Soutenance le 05/11/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique des Cellules et Cancer (Paris ; 2024-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie - PSL
• Jury : Président / Présidente : Marie-Anne Félix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Wolfgang Keil, Laurent Malaquin, Benjamin Towbin, Romain Levayer, Marie-Caroline Jullien
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Malaquin, Benjamin Towbin

Mots clés

Mots clés libres

Coordination du développement

Robustesse à la température

Proportionnalité du développement

Microfluidique

C. elegans

Developmental coordination

Temperature robustness

Developmental scaling

Microfluidics

C. elegans

Résumé

Le développement des organismes multicellulaires est remarquablement robuste face aux fluctuations environnementales telles que la disponibilité des nutriments, le niveau d'oxygène ou la présence de phéromones. Un exemple de cette robustesse est le fait que les animaux poïkilothermes modifient considérablement leurs rythmes de développement en fonction de la température ambiante, tout en conservant une précision et des résultats développementaux invariants sur une large gamme de températures. La manière dont cette robustesse est réalisée reste mal comprise.Pour ce projet, nous nous concentrons spécifiquement sur l'adaptation du rythme de développement des animaux à sang froid aux changements de température et nous nous interrogeons sur la contribution de la communication intercellulaire à la robustesse du développement en fonction de la température. Notre approche consiste à exposer des larves en développement de C. elegans à des gradients de température linéaires d'environ 10˚C/mm le long de leur axe antéro-postérieur.À cette fin, en nous basant sur les conceptions microfluidiques développées par Berger et al. (2021) et le système de contrôle de la température reposant sur un ensemble optimisé de résistances micropatronnées sur une lamelle de verre, développé par Selva, Jullien et al. (2009), nous avons conçu un nouveau système microfluidique combinant le confinement des larves allongées qui se nourrissent et grandissent avec un contrôle précis de la température à l'échelle de 10 à 50 µm. Cela permet une imagerie in vivo haute résolution et à long terme de larves se développant dans des gradients de température abrupts.Grâce à ce système, nous avons découvert que les moments de division des cellules souches hypodermiques, qui se produisent normalement de manière synchrone le long de l'axe antéro-postérieur à chaque stade larvaire, restent synchronisés, même après une exposition prolongée à de forts gradients de température. Ce résultat frappant suggère que la communication intercellulaire sous-tend la robustesse de l'adaptation au développement en fonction de la température.Nous étudions également si la synchronie de la migration des gonades est maintenue dans ces conditions, en nous concentrant sur le virage des cellules distales de l'extrémité.Nos résultats fournissent une approche quantitative et bien contrôlée pour comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents à la coordination et à la synchronisation du développement post-embryonnaire de C. elegans.

The development of multicellular organisms is strikingly robust with respect to environmental fluctuations such as nutrient availability, oxygen level, or presence of pheromones. One example of this robustness is the fact that poikilothermic animals greatly change their rates of development as a function of ambient temperature without any loss in developmental precision and invariant developmental outcomes over wide temperature ranges. How this robustness is achieved is not well understood.Here, we focus specifically on the adaption of developmental rate of cold-blooded animals to changes in temperature and ask to what extent cell-cell communication contributes to robust temperature scaling of development. Our approach is to subject developing C. elegans larvae to steep linear temperature gradients of about 10˚C/mm along their anteroposterior axis.To this end, based on the microfluidic designs developed by Berger et. al. (2021) and the temperature control system relying on an optimized set of resistors micropatterned onto a coverslip developed by Selva, Jullien et al. (2009), we engineered a novel microfluidic system that combines confinement of feeding and growing elongated larva with precise spatiotemporal temperature control at the scale of 10-50um. This enables long-term high-resolution ¬in-vivo imaging of larvae developing in steep temperature gradients. Using this system, we uncovered that hypodermal stem cell division timings which normally occur synchronously through the anteroposterior axis in each larval stage, remain synchronized, even after prolonged exposure to strong temperature gradients. This striking result suggests that cell-cell communication underlies robust temperature scaling.We are also investigating whether synchrony of somatic gonadal migration is maintained under these conditions focusing on Distal Tip Cells turn.Our results provide a quantitative and well-controlled approach to understanding the molecular mechanisms underlying the coordination and synchronization of C. elegans post-embryonic development.