Projet ANR-06-PCVI-0013 – DynMecaScopy : Imaging the biomechanics of gastrulation in live embryos with femtosecond pulses
Programme : Physique et Chimie du Vivant (PCV) (PCV) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : CNRS DELEGATION REGIONALE ILE DE FRANCE OUEST ET NORD (CNRS DELEGATION REGIONALE ILE DE FRANCE OUEST ET NORD)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Institut Curie
Montant : 360000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : 1-Contexte scientifique et objectifs du projet : La biomécanique est un aspect central du développement embryonnaire, liant l'activité cellulaire (génétique et moléculaire) aux déformations tissulaires qui produisent la forme de l'embryon. L'étude des mécanismes d'interaction entre la mécanique et la génétique est un domaine en émergence. Par exemple, il a été récemment montré (équipe 2) que l'expression de twist, un gène fondamental dans la régulation de la morphogenèse précoce de l'embryon, est en retour modulée mécaniquement par des déformations tissulaires. Cependant, très peu de données sont aujourd'hui disponibles sur la dynamique et la distribution des forces/déformations à l'œuvre dans l'embryogenèse. L'objectif de ce projet est (i) de développer des approches expérimentales reposant sur des concepts avancés d'optique non linéaire et qui permettront de documenter les aspects suivants au cours de la gastrulation chez la Drosophile: mouvements 3D des cellules et tissus, déformations actives/passives, forces, et mobilisation des ressources du yolk, et (ii) de développer un modèle in silico de l'intégration de déformations cellulaires (locales) dans la morphogénèse tissulaire au cours des mouvements de convergence-extension, ce modèle étant alimenté et testé avec les données expérimentales. Le projet repose sur notre expertise en optique non linéaire et en imagerie multiphoton des tissus épais (équipe 1), et sur les précédents travaux collaboratifs des deux équipes participantes au cours desquels nous avons démontré l'utilisation d'impulsions femtosecondes pour moduler et analyser les mouvements morphogénétiques in vivo.  2-Description du projet, méthodologie : * Un objectif primordial est d'obtenir une description 3D dynamique des déformations des tissus, du yolk, et des mouvements cellulaires au cours de la gastrulation de la Drosophile. Des approches complémentaires seront développées pour obtenir des données aux échelles cellulaires et tissulaires. Les déformations des tissus et des structures internes non marqués seront obtenues par microscopie de génération de troisième harmonique (THG) vélocimétrique, une technique que nous avons récemment développée. Cette information sera corrélée à une mesure des mouvements cellulaires obtenues en microscopie à deux photons. Nous explorerons également des schémas de mise en forme spatiale et temporelle du faisceau excitateur pour augmenter la profondeur d'imagerie en milieu complexe et dans des organismes plus grands. * Un deuxième objectif sera de développer des méthodes pour estimer in vivo le rôle relatif des déformations actives/passives en combinant l'ablation par impulsion ultrabrèves, la micromanipulation magnétique, et l'imagerie dynamique 3D des déformations. * Un troisième objectif sera de développer des techniques d'imagerie avancée qui fourniront des données sur la dynamique de la mobilisation des ressources et le métabolisme durant l'embryogenèse. Nous proposons d'implémenter pour cela des approches spectroscopiques basées sur la diffusion cohérente Raman anti-Stokes (CARS) et la fluorescence, en nous appuyant sur des concepts de contrôle cohérent et de façonnage d'impulsions que nous venons de démontrer. * Un objectif essential sera alors de relier les déformations aux échelles cellulaires et tissulaires Durant les mouvements de convergence extension, en comparant les données expérimentales avec des simulations informatiques de tissues viscoélastiques modélisées avec une approche "ascendante".  3-Résultats attendus : Nous anticipons que ces développements permettront d'appréhender la réponse d'un tissu multi-cellulaire en réponse à des mouvements cellulaires individuels, ce qui constitue une question clé en biomécanique du développement. La capacité à documenter les déformations cellulaires/tissulaires, la répartition des forces, et la mobilisation des ressources durant l'embryogenèse devrait trouver de nombreuses autres applications, notamment l'étude quantitative.