Multiscale modeling of morphogenesis : force transmission and channelling during epithelial invagination

La morphogenèse regroupe les évènements conduisant aux modifications de forme d'un organisme. Ces modifications tissulaires reposent sur le réarrangement et le changement de forme des cellules, orchestrés par des interactions entre forces mécaniques et signalisations chimiques pour permettre la formation de différents tissus avec des fonctions diverses. Les modèles vertex jouent un rôle important dans l'étude des mécanismes morphogénétiques. Ils permettent d'aborder certaines questions qu'il n'est pas toujours possible de tester in vivo du fait de limitations techniques. Ils peuvent aussi avoir un rôle prédictif sur le comportement d'un tissu. J'ai participé au développement d'une bibliothèque de modélisation appelée Tyssue, proposant différents modules afin de donner la possibilité à des biologistes de créer leur propre modèle avec une dynamique adaptée qui lui est propre. J'ai également travaillé sur deux modèles morphogénétiques de formation de plis différents chez la drosophile : l'invagination du mésoderme dans l'embryon et la formation des plis dans le disque imaginal de patte. Par une combinaison d'approches expérimentales et de modélisation, nous avons pu mettre en avant différents mécanismes dans la formation des plis. Tout d'abord, nous avons caractérisé le rôle des différentes forces (apicale et apico-basale) et testé leur importance dans la formation de l'invagination du mésoderme. Puis nous avons pu montrer que la canalisation des forces repose sur une polarité de tension dans les cellules du futur pli, ce qui permet une transmission préférentielle des forces dans la direction du pli. Au cours de la formation du pli, les forces se transmettent d'une cellule à ses voisines ce qui propage une déformation à l'échelle du tissu. Je me suis intéressée à la modélisation de cette réponse mécanique des cellules au cours de la transmission des forces. Enfin, j'ai travaillé sur le développement d'un programme de segmentation de surface apicale de cellule en 3D, afin de pouvoir réaliser des analyses morphologiques de surface apicale de cellule dans un tissu 3D. L'ensemble de ces différents projets ont permis de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux gouvernant la mécanique des tissus lors de leur remodelage.Morphogenesis includes all the events driving changes in the shape of an organism. Tissue modifications are based on cell rearrangement and cell shape changes, which are orchestrated by interactions between mechanical forces and chemical signals to allow the formation of different tissues with various functions. Vertex models play an important role in the study of morphogenetic mechanisms. They make it possible to address certain questions that are not always possible to test in vivo due to technical limitations. They can also have a predictive role on the behaviour of a tissue. I participated in the development of a modelling library called Tyssue, offering different modules in order to give the possibility to biologists to create their own model with its own dynamics. I have also worked on two morphogenetic models of fold formation in Drosophila: mesoderm invagination in the embryo and fold formation in the leg imaginal disc. I characterised the role of the different forces (apical and apico-basal) and tested their importance in the formation of mesoderm invagination. Then, I became interested in a force channelling mechanism ensuring the robustness of fold formation in the leg imaginal disc. By a combination of experimental and modelling approaches, we were able to show that the channelling of these forces is driven by the polarity of cells from the future fold, which allows preferential transmission in the direction of the fold. During the formation of the fold, forces are transmitted from one cell to its neighbours, which propagates a deformation throughout the tissue. I am interested in modelling this mechanical response of cells during force transmission. Finally, I worked on the development of a 3D apical cell surface segmentation program, in order to perform morphological analysis of the apical cell surface in 3D tissue. All of these different projects have made it possible to better understand the fundamental mechanisms governing the mechanics of tissues during their remodelling