Microscopie mFLSM (multimodal Fluorescence Light Sheet Microscopy) pour l’imagerie in toto de la morphogénèse embryonnaire – MFLSM-intotomorph

Au cours de son développement, un embryon est façonné par une succession complexe de mouvements et de processus cellulaires précisément régulés dans l’espace et dans le temps. L’observation de ces mécanismes fascine entre autre de part leur reproductibilité d’un embryon à l’autre et le caractère stéréotypique de nombreux processus à travers les espèces. L’intégration des connaissances et des outils issues des disciplines telles que la biologie moléculaire et cellulaire ou la génétique a permis une meilleure compréhension des phénomènes impliqués dans le développement d’un embryon. Cependant et pour des raisons avant tout méthodologiques, la plupart des études en biologie du développement sont limitées à l’échelle de quelques cellules, ou bien à l’échelle d’un organisme entier ou d’un tissu sans résolution cellulaire. De plus, les contraintes expérimentales imposent souvent une approche statique utilisant des embryons fixés. Par conséquent, de nombreux mécanismes fondamentaux impliquant l’interaction dynamique d’un grand nombre de cellules sont mal compris. Parmi ces mécanismes nous pouvons citer le rôle des contraintes mécaniques dans la régulation de l’embryogénèse, les brisures de symétrie ou les phénomènes cellulaires collectifs à l’origine des mouvements morphogénétiques à grande échelle. Ils impliquent des processus à l’échelle moléculaire ou cellulaire qui peuvent avoir des conséquences à l’échelle de l’organisme entier. Par conséquent, leur étude nécessite une approche in vivo dynamique et multi-échelle, de la cellule à l’organisme. Par ailleurs, des avancés récentes en microscopie et en traitement d’image rendent possible le suivi d’une large population de cellules. Elles ont abouti à l’émergence du concept d’imagerie in toto qui donne une occasion unique d’étudier le développement d’un embryon des mécanismes cellulaires jusqu’à l’ensemble d’un organisme. L’imagerie in toto a pour but d’imager l’ensemble d’un organe ou d’un organisme pendant son développement avec une résolution cellulaire et d’analyser les données de façon standard et quantitative. Cette approche prometteuse implique plusieurs défis expérimentaux, tels que l’imagerie in vivo de l’ensemble d’un tissue ou d’un embryon sans compromettre sa viabilité et sans perturber les mécanismes biologiques. De plus, la complexicité des données multidimensionnelle obtenues nécessite le développement d’analyses quantitatives sophistiquées.
Dans ce contexte, le but du présent projet est d’apporter des approches et des techniques nouvelles pour l’imagerie in toto afin d’étudier des processus fondamentaux de la morphogénèse embryonnaire. Ce projet sera mis en place à l’Institut Jacques Monod (IJM) à Paris et rassemblera un groupe interdisciplinaire de scientifiques. Plusieurs techniques de pointes seront utilisées. En particulier, une nouvelle technique de microscopie va être développée et caractérisée : la microscopie 2pFLSM (2 photon-excited Fluoresence Light Sheet Microscopy). Cette technique présente une profondeur de pénétration et une vitesse d’acquisition meilleure que les techniques actuelles, ce qui la rend particulièrement adaptée à l’imagerie in toto d’embryons. Une analyse systématique des images obtenues sera également développée afin de quantifier les processus stéréotypiques de la morphogénèse embryonnaire. Ces innovations méthodologiques seront développées en direct lien avec leur application, utilisant trois systèmes modèles (drosophile, poisson zèbre et souris). Elles seront appliquées à l’étude des brisures de symétrie et de la spécification des axes du plan d’organisation chez les embryons vertébrés.