Morphogenèse et développement pulmonaire

Shapes emerge at all scales and in all physical systems, living or not, as the result of interactions between the elements of the system according to a certain set of rules. The crucial issue of morphogenesis study is to identify which elements and which rules are responsible for the emergence of the shape's striking features that one seeks to explain. In developmental biology, the molecular context and the central role of genes often mask that, as in any material system, geometrical shapes emerge following interactions well de ned in time and space, interactions in which genes and proteins are de nitely crucial actors. In this manuscript, we will study the morphogenesis of two distinct systems. The rst one refers to XIXth century's osmosis experiments by Dr. St ephane Leduc. It consists in the spontaneous formation of silica tubes growing evenly on both sides of a central fracture, and occurs when injecting a solution in another, a precipitate forming at the interface. The rest of the manuscript deals with lung morphogenesis in mammals. We will rst build the theoretical framework of a very general growth model based upon the observations of molecular biology as well as the geometry of the organ. Then, we will see how elementary considerations of geometry and di usion account for the patterning of involved genes, and also for the emergence of the striking features of embryonic lung morphology : the arborescence, the fact that bronchi never penetrate another, and the apparition of a characteristic distance between distal epithelium and mesothelium. We will also introduce theoretical tools that allow a deeper understanding of the underlying mechanisms. Last, we will present a simple experiment of viscous ngering based on our model's conclusions and presenting striking similarities with lung growth.La forme emerge a toutes les echelles et dans tous les syst emes physiques, vivants ou non, comme le r esultat de l'interaction suivant certaines r egles des di erents el ements constituant le syst eme. L'enjeu de l' etude de la morphogen ese est donc d' etablir quels el ements et quelles interactions sont responsables de l' emergence des traits frappants de la forme dont on souhaite expliquer la naissance. En biologie du d eveloppement, le contexte bio-mol eculaire et l'importance du g ene font souvent perdre de vue que comme dans tout syst eme, la forme g eom etrique emerge suite a des interactions inscrites dans l'espace et dans le temps, interactions dont les g enes et les prot eines pour lesquelles ils codent sont certainement acteurs. Dans ce manuscrit, nous traiterons de la morphogen ese de deux syst emes di erents. Le premier se situe dans la lign ee des exp eriences de croissance osmotique r ealis ee au XIX eme si ecle par le Dr. St ephane Leduc. Il consiste en la formation spontan ee de tubes de silice poussant sym etriquement autour d'une fracture se situant en leur milieu lors de l'injection d'une solution dans une seconde, un pr ecipit e se formant a l'interface. Le reste du manuscrit est d edi e a l' etude de la morphogen ese pulmonaire chez les mammif eres. Nous construirons d'abord le cadre th eorique d'un mod ele de croissance tr es g en eral bas e sur les observations de la biologie mol eculaire et la g eom etrie de l'organe. Par la suite nous verrons comment de simples consid erations de g eom etrie et de di usion permettent d'expliquer le patterning des g enes impliqu es, et comment ces m^emes consid erations rendent compte de l' emergence des traits frappants de la morphologie du poumon embryonnaire : l'arborescence, l' evitement des bronches entre elles, et l' etablissement d'une distance caract eristique entre l' epith elium distal et le m esenchyme distal. Nous introduirons aussi les outils th eoriques permettant de comprendre en profondeur les m ecanismes impliqu es. En n nous pr esenterons une exp erience physique simple bas ee sur les conclusions du mod ele, et r ev elant des similitudes frappantes avec la croissance pulmonaire