Biochemical regulation of cell mechanics in C. elegans Embryo - Evolution Paris Seine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Biochemical regulation of cell mechanics in C. elegans Embryo

Régulation biochimique de la mécanique cellulaire dans l’embryon de C. elegans

Résumé

Actin network architecture and dynamics play a central role in cell contractility and tissue morphogenesis. Local modulations of Actomyosin network dynamics depend largely on the activation of the RhoA activation cascade. In my thesis, I combined quantitative microscopy using TIRFM, single-molecule imaging, numerical simulations and simple mathematical modeling, to explore the dynamic network architecture underlying pulsed contractions in a simple model, the C. elegans early embryo. Focusing on the Actin elongator Formin, we observed that F-Actin elongation was catalyzed by a specific subpopulation of cortical Formins – termed elongating Formins – that displayed a characteristic ballistic mobility. My results also showed that Formin-mediated F-Actin elongation rate was dependent on the phase of the cell cycle and embryonic stage. We subsequently showed that elongating Formins saturate available barbed ends of Actin filaments, converting a local biochemical gradient of RhoA activity into a polar network architecture. In second study, focusing on the kinetics of the RhoA activation cascade, we developed and functionally challenged a simple numerical model. This model takes advantage of the measurements of the dynamical parameters of the Myosin, downstream effector of the RhoA activation cascade, to predict the temporal evolution of this cascade. I propose that this simple and generic model – which can in essence fit any activation cascade – offers a simple mathematical framework to understand the temporal dynamics of signaling cascades, and the delay and change in the shape of the response which can be observed between the input and the output of a cascade.
L’architecture et la dynamique du cortex d’Actine joue un rôle central dans la contractilité cellulaire et la morphogénèse des tissus. La modulation locale de la dynamique du réseau d’Actomyosine dépend majoritairement de la cascade d’activation de RhoA. Dans ma thèse, j’ai combiné des approches de microscopie quantitative en TIRFM, de l’imagerie en molécule unique, des simulations numériques et de la modélisation mathématique simple pour explorer l’architecture dynamique du réseau sous-jacent aux contractions pulsées dans un modèle simple : le jeune embryon de C. elegans. En se concentrant sur la Formine, élongateurs de l’Actine, nous avons observé que l’élongation de la F-Actine était catalysée par une population spécifique de Formines corticales – appelées Formines élongatrices – qui montrent une mobilité de type balistique. Nous avons ensuite montré que les Formines saturent les extrémités barbées disponibles et convertissent un gradient biochimique local de l’activité de RhoA en un réseau d’architecture polaire. Dans une seconde étude, en se concentrant sur la cinétique de la cascade d’activation de RhoA, nous avons développé un modèle numérique simple. Celui-ci tire profit des mesures des paramètres dynamiques de la Myosine, un effecteur terminal de la cascade d’activation de RhoA, pour prédire l’évolution temporelle de cette cascade. Je propose ici que ce modèle simple et générique – qui peut par essence s’adapter à n’importe quelle cascade – offre un cadre mathématique simple pour comprendre la dynamique temporelle des cascades d’activation, et le délai et changement dans la forme de la réponse qui peuvent être observés entre l’entrée et la sortie.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03635220 , version 1 (08-04-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03635220 , version 1

Citer

Serena Prigent. Biochemical regulation of cell mechanics in C. elegans Embryo. Morphogenesis. Sorbonne Université, 2021. English. ⟨NNT : 2021SORUS395⟩. ⟨tel-03635220⟩
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