Origin of morphogenetic stability in metazoan epithelia

La structure polygonale des épithéliums mono-stratifiés exerce une certaine fascination sur les biologistes depuis les observations originales par Robert Hooke en 1665. Cependant, il est difficile d‘expliquer comment la stabilité de la morphogenèse est atteinte, i.e. comment les structures polygonales maintiennent la régularité au sein d'un individu, entre les individus et au sein des phylums. Dans ces travaux, nous introduisons une nouvelle mesure quantitative de la stabilité de la morphogenèse entre individus appelée l'homéostasie topologique. Nous démontrons que les épithéliums non-prolifératifs, formés par un processus d'accrétion, sont plus stables que les épithéliums prolifératifs. Dans le contexte de prolifération, l'homéostasie topologique dépend du rapport apoptose/mitose comme en témoigne le modèle Drosophila où l'homéostasie épithéliale diminue drastiquement quand l'apoptose est inhibée dans les disques imaginaux. Ainsi, l'apoptose agit comme un régulateur positif dans la canalisation de la stabilité de la morphogenèse. En outre, des simulations numériques reproduisant la morphogenèse épithéliale, basées sur la physique des milieux divisés, décrivent comment les mécanismes d'accrétion dans les épithéliums non prolifératifs et l'apoptose dans les épithéliums prolifératifs sont des moyens efficaces pour parvenir à la stabilité morphogénétique.The polygonal structure of mono-stratified epithelia exerts a unique fascination among biologists since the original observations of Robert Hooke in 1665. However, it is always unclear how the stability of morphogenesis is achieved, i.e., how these polygonal structures maintain regularity among individual, between individuals and among all phyla, and among individuals for each tissue within each species. Here, we introduce a new and quantitative measure of the level of morphologic stability between individuals, referred to as topological homeostasis. We demonstrated that non-proliferative epithelia, formed by an accretion process, are significantly more regularly stabilized than proliferative ones. In proliferative context, topological homeostasis directly depends on the apoptosis/mitosis ratio, as evidenced in the Drosophila imaginal disc model, where topological homeostasis drastically drops down when apoptosis is inhibited. Apoptosis therefore acts as an unexpected positive regulator in the canalization of morphogenetic stability. In addition, numerical simulations of epithelial morphogenesis, based on the physics of devided media, described how accretion mechanisms in non-proliferative epithelia, and, apoptosis in proliferative ones, are efficient means to achieve morphogenetic stability