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Ecole Doctorale ED 419 / Doctoral School ED 419
"Signalisations et Réseaux Intégratifs en Biologie"
"Signaling and Integrated Networks in Biology"
PROJET DE THESE
POUR CANDIDATURES AUX ALLOCATIONS DOCTORALES 2015
THESIS PROJECTS FOR PhD SCHOLARSHIPS
Unité de Recherche et Equipe d’Accueil proposant le projet
Research unit and team proposing the thesis project
Nom, Intitulé et N° du Laboratoire / Title and number of the laboratory
BioEmergences USR3695
Nom, Intitulé de l’Equipe d’accueil / Hosting team
Variability, Robustess and resilience in Deuterostome early embryogenesis
Nom et prénom du directeur du Laboratoire / Name and first name of the laboratory director
Nadine Peyriéras
Etablissement(s) de rattachement / Institution of affiliation
CNRS
Adresse postale (complète) du laboratoire / Full address of the laboratory
USR3695 BioEmergences, Avenue de la Terrasse Bât 32, 91198 GIf-sur-Yvette
Tél. / phone : 0169824142
Fax :
E-mail : [email protected]
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Responsable de l’équipe dans laquelle le doctorant fera sa thèse :
Responsible of the hosting team of the PhD candidate
Intitulé de l'équipe / Title of the team
Variability, Robustess and resilience in Deuterostome early embryogenesis
Nom et Prénom du chef d'équipe / Name and first name of the team leader
Nadine Peyriéras
Titre et appartenance / Title and affiliation
Dr2 CNRS
Nom et Prénom du directeur de thèse (si différent) /
Name and first name of the thesis director (if different)
Titre et appartenance / Title and affiliation :
Adresse postale (complète) du laboratoire / Full address of the laboratory
Avenue de la Terrasse Bât32
Tél. / phone : 0169824142
E-mail : [email protected]
Fax : 0169823447
Nom du co-directeur éventuel (HDR) / Name of the co-director (if applicable)
Nom du co-encadrant éventuel (sans HDR) / Name a the co-superviser (if applicable)
Noms et Prénoms des doctorants encadrés par le directeur de thèse l’année 2015-2016 /
Name and first name of PhD students supervised by the thesis director in 2015-2016
(hors candidat pressenti)
Dimitri Fabrèges soutenance prévue en 2015
Paul Villoutreix (Directeur Giuseppe Longo, co-Directeur Nadine Peyriéras Soutenance prévue
en 2015)
Adeline Rausch (3ème année)
Noms et Prénoms des allocataires (MESR, Région, Paris-Sud…) de l’équipe durant les deux
dernières années / PhD students of the team with a scholarship during the past two years
Dimitri Fabrèges MESR
Paul Villoutreix Région
Adeline Rausch MESR
Un candidat est-il déjà pressenti : OUI
Is a candidate already foreseen : YES
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Projet de thèse en français et en anglais / Thesis project in French and English
Titre du projet : Variation et robustesse au cours de la gastrulation : oursins jumeaux et
zebrafish siamois.
Résumé du projet:
Nous avons montré récemment (Thèse Dimitri Fabrèges, publication en préparation) que le
développement d’oursins jumeaux issus de la séparation mécanique d’un embryon au stade deux
cellules explore un espace des possibles différent d’un embryon normal. Les jumeaux se
développent tout d’abord quasiment en couche de cellules à 2 dimensions avant de se compacter
en blastula. En outre ils peuvent avoir un nombre anormal de cellules des trois types :
mésomères, macromères et micromères, précurseurs des trois feuillets embryonnaires et avec en
outre des contacts entre ces types cellulaires qui ne sont jamais observés chez les normaux (e.g.
micromère-mésomère). On dénombre ainsi en fonction du nombre de chaque classe de
précurseurs et de leurs contacts 3 catégories d’embryons qui cependant conduisent à un même
pourcentage de larve pluteus normales. Cette thèse doit répondre à une première question : un
développement normal nécessite t-il une réorganisation cellulaire pour rétablir les contact
normaux entre les trois types cellulaires ou les destinées sont-elles changées ? En outre, les
larves issues de jumeaux ont un nombre normal de cellules de mésenchyme primaire (PMCs)
sans impliquer de division cellulaire supplémentaire. Cette thèse doit répondre à une deuxième
question : la formation des PMCs résultent-elles d’une trans-différentiation et si oui, par quelle
modification des dynamiques d’interaction moléculaires et génétiques ? Notre principale
stratégie dans cette étude est l’imagerie 3D+temps d’embryons fluorescents (noyaux, membranes
et expression de transgènes pour la mise en évidence des dynamiques d’expression génétique) et
la reconstruction des lignages cellulaires. Ces questions seront abordées dans deux modèles
d’oursin et au moins un modèle d’étoile de mer.
Les organismes marins étant saisonniers, l’étude des jumeaux d’échinodermes peut se faire en
alternance avec l’analyse de la gastrulation chez des embryons de zebrafish siamois où un
deuxième axe embryonnaire est induit par l’injection dans un blastomère au stade 16 cellules
d’un ARN codant une forme constitutive de récepteur de la voie Nodal. D’après nos travaux
antérieurs, l’axe embryonnaire endogène et l’axe induit pourraient différer notablement en
termes de comportements cellulaires. Pour cette problématique, il s’agit tout d’abord d’établir
une phénoménologie quantitative précise des dynamiques cellulaires sous-jacentes à la formation
des embryons siamois. Nous avons aujourd’hui les moyens d’imager in toto la gastrulation du
zebrafish pour reconstruire le lignage cellulaire des deux axes embryonnaire et réexplorer ces
questions embryologiques classiques. Cette problématique doit apporter des informations
importantes sur la plasticité et la robustesse des processus de la gastrulation chez les vertébrés.
Title of the project: Variation and robustness in gastrulation: sea urchin twins and zebrafish
siamese.
Summary of the project:
We have recently shown (Thesis Dimitri Fabrèges, publication in preparation) that the
development of sea urchins twins from the mechanical separation of a two-cell stage embryo
explores a space of possibilities different from a normal embryo. The twins develop first in a
single cell layer before compaction in blastula. In addition, they may have an abnormal number
of cells of three types: mesomeric, macromers and micromeres, precursors of the three germ
layers and further, contacts between these cell types that are never seen in normal (eg
micromère-mesomeric). We define 3 categories of embryos depending on the number of each
class of precursors and their contacts. However the 3 classes lead to the same percentage of
normal pluteus larva. This thesis must answer a first question: is cellular reorganization required
to restore the normal contact between the three cell types or do development proceed through
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fate changes ? In addition, larvae from twins have a normal number of primary mesenchymal
cells (PMCs) without involving further cell division. This thesis has to answer a second question:
are half of the PMCs resulting from trans-differentiation and if so, through which changes in
terms of molecular and genetic interactions ? Our main strategy in this study is 3D+time imaging
of fluorescent embryos (nuclei, membranes and transgene expression for the identification of
gene expression dynamics) and reconstruction of cell lineages. These issues will be addressed in
two models of sea urchin and at least one starfish model.
Marine organisms are seasonal, the study of twins echinoderms can be alternated with the
analysis of gastrulation in zebrafish siamese where a second embryonic axis is induced by
injection into a blastomere at the 16-cell stage of RNA encoding a constitutive form of a Nodal
pathway receptor. From our previous work, the endogenous embryonic axis and the induced axis
may differ significantly in terms of cell behavior. To investigate this problem, we will first
establish a precise quantitative phenomenology of cellular dynamics underlying the formation of
siamese embryos. We now have the means to image in toto the zebrafish gastrulation to
construct the embryonic cell lineage of the two axes and re-explore these classic embryological
questions. This issue should provide important information on the plasticity and robustness of
the process of gastrulation in vertebrates.
Connaissances et compétences requises pour la thèse /
Knowledge and skills required for the thesis
Ce projet nécessite un intérêt réel pour les questions liées au développement embryonnaire et à
l’étude des systèmes complexes dans un contexte interdisciplinaire.
Ce projet exige à la fois une grande habileté expérimentale pour effectuer des manipulations
délicates dans le domaine de l’embryologie expérimentale et requiert aussi l’analyse statistique
des données issues de l’analyse d’images 3D+temps. Selon ses compétences en mathématique et
en informatique, l’étudiant(e) pourra aussi contribuer à la modélisation du système et à
l’expérimentation in silico qui sera faite parallèlement à l’expérimentation biologique.
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Sélection des cinq meilleures publications de l'équipe depuis 2010 (en soulignant les noms
des membres de l'équipe)
Attention : il s'agit des publications de l'équipe, pas du laboratoire.
Selection of the five best publications since 2010 (underline the names of team members)
Attention: these are the publications of the team, not of the laboratory
Castro-González C, Luengo-Oroz MA, Duloquin L, Savy T, Rizzi B, Desnoulez S, Doursat R,
Kergosien YL, Ledesma-Carbayo MJ, Bourgine P, Peyriéras N, Santos A. A digital framework
to build, visualize and analyze a gene expression atlas with cellular resolution in zebrafish early
embryogenesis. PLoS Comput Biol. 2014 Jun 19;10(6):e1003670.
Rizzi B, Peyrieras N. Towards 3D in silico modeling of the sea urchin embryonic development. J
Chem Biol. 2013 Sep 13;7(1):17-28.
Recher G, Jouralet J, Brombin A, Heuzé A, Mugniery E, Hermel JM, Desnoulez S, Savy T,
Herbomel P, Bourrat F, Peyriéras N, Jamen F, Joly JS. Zebrafish midbrain slow-amplifying
progenitors exhibit high levels of transcripts for nucleotide and ribosome biogenesis.
Development. 2013 Dec;140(24):4860-9.
Luengo-Oroz MA, Ledesma-Carbayo MJ, Peyriéras N, Santos A. Image analysis for
understanding embryo development: a bridge from microscopy to biological insights. Curr Opin
Genet Dev. 2011 Oct;21(5):630-7.
N.Olivier, M.A.Luengo-Oroz, L.Duloquin, E.Faure, T.Savy, I.Veilleux, X.Solinas, D.Débarre,
P.Bourgine, A.Santos, N.Peyriéras, E.Beaurepaire. Cell lineage reconstruction of early zebrafish
embryos using label-free nonlinear microscopy. Science, 2010 Aug 20;329(5994):967-71.
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