Projet ANR-11-BSV2-0024 – AXOMORPH : Compréhension dynamique et quantitative de la formation d'un axe de polarité chez la drosophile
Programme : Blanc - SVSE 2 - biologie cellulaire et biologie du développement (Blanc SVSE 2) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame NATHALIE DOSTATNI LANTIERI (INSTITUT CURIE - SECTION DE RECHERCHE)
Partenaires : Laboratoire de Physique Théorique; Divers public; Divers public
Montant : 399984.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Une question récurrente en Biologie du Développement est de comprendre comment les bons gènes sont exprimés au bon endroit et au bon moment au cours du développement pour produire et coordonner les nombreux types cellulaires qui composent l’organisme adulte. Alors que nous connaissons maintenant la plupart des acteurs moléculaires impliqués, le challenge aujourd’hui pour comprendre cette coordination est de comprendre comment ces différents acteurs interagissent et ce de manière quantitative dans des dimensions spatiales et temporelles. Une pléthore de facteurs de transcription joue un rôle critique au cours du développement, depuis l’acquisition de l’identité cellulaire à la différenciation terminale. Il est aussi clair que des seuils de concentration limite sont critiques pour engendrer des réponses appropriées. Dans des situations extrêmes, ils sont distribués sous forme d’un gradient de concentration et capables d’induire l’expression de différents ensembles de gènes en fonction de leur concentration. Ces facteurs, appelés morphogènes, contrôlent ainsi des cascades moléculaires transformant l’information contenue dans leur gradient de concentration en une information spatiale, associée à une identité cellulaire spécifique. Bien que le rôle critique du morphogène dans le développement de polarités axiales soit maintenant bien établi, de nombreux débats subsistent sur la précision de la détection de sa concentration et des étapes moléculaires agissant en aval. Comprendre comment ces gradients sont établis, comment des seuils d’activité émergent de leur décroissance lente et avec quelle précision se déroulent ces processus, face, par exemple, à des différences de taille ou de conditions environnementales, est un nouveau challenge en Biologie du Développement et constitue l’objectif principal de ce projet de recherche.
Pour répondre à ces questions, nous avons choisi l’exemple simple du gradient de Bicoid chez l’embryon de drosophile. Notre objectif est de déchiffrer le mode de fonctionnement de ce gradient de manière précise en utilisant des approches quantitative et leurs évaluations théoriques. Nous nous intéresserons à la dynamique de la protéine Bicoid et à son activité transcriptionnelle au cours des divisions rapides des noyaux de l’embryon syncytial. Nous utiliserons des approches d’imagerie de pointe fournissant des mesures quantitatives de ce gradient et de son activité dans le contexte du développement de l’embryon. Des recherches de corrélations et des analyses statistiques permettront d’extraire des données collectées à différentes échelles spatiales (embryons entier, noyaux, locus génomique) en fonction du temps, l’information essentielle à une meilleure compréhension de ces mécanismes. En parallèle, ces données seront confrontées à des modèles théoriques et la possibilité d’utiliser la génétique permettra de manipuler le système pour créer des perturbations et tester l’exactitude de ces modèles. Dans son ensemble, ce projet permettra de déterminer comment un gradient de concentration de Bicoid est établi de manière précise dans l’embryon une heure et comment la machinerie transcriptionnelle est capable de « mesurer » précisément ces concentrations pour fournir une réponse transcriptionnelle précise en moins de deux heures.
La force de ce projet de recherche repose sur l’existence d’une collaboration fructueuse entre l’équipe de génétique de la drosophile de Nathalie Dostatni Lantieri (Partenaire 1, Institut Curie, Paris) et celle de biophysique expérimentale de Cécile Fradin (Partenaire 2, Université Mc Master, Hamilton, Canada). Par ailleurs, l’accumulation de données quantitatives sur ce système bénéficiera de l’expertise de Mathieu Coppey (Partenaire 3, LKB, ENS, Paris) pour l’analyse des données et de celle d’Aleksandra Walcsak (partenaire 3, LPT, ENS, Paris) pour l’élaboration de modèles théoriques.