ÉQUIPE

Approches physiques de la dynamique cellulaire et de la morphogénèse des tissus

Responsable d'équipe : P.F. Lenne

Notre équipe vise à comprendre comment les interactions physiques et mécaniques sont organisées à la surface des cellules in vivo et donnent lieu à des réponses cellulaires et tissulaires.

GRAND PUBLIC

La construction d’un organisme repose sur la communication et l’interaction entre cellules. Comment les interactions mécaniques et physiques sont-elles organisées aux surfaces cellulaires durant cette construction in vivo ? Comment donnent-elles lieu à des réponses cellulaires dans un tissu ?

Clusters de cadhérine aux jonctions adhérentes.

Par nature, notre travail de recherche est multidisciplinaire et intègre des approches physique et mécanique, moléculaire et génétique, indispensables à l’étude d’organismes entiers. En particulier, nous développons des microscopes pour observer les structures subcellulaires à haute résolution, mesurer les interactions moléculaires et sonder la mécanique locale des cellules in vivo. Nous utilisons également la modélisation physique pour faire des prédictions quantitatives, que nous testons expérimentalement. La modélisation est également un guide pour nos expériences. Nous espérons que de telles approches, expérimentales et théoriques, nous aident à comprendre certains mécanismes fondamentaux du vivant et seront également utiles à des applications médicales (imagerie et ingénierie tissulaire).

PUBLIC EXPÉRIMENTÉ

Notre équipe vise à comprendre comment les interactions physiques et mécaniques sont organisées à la surface des cellules in vivo et donnent lieu à des réponses cellulaires et tissulaires. Pour aborder ces questions, nous étudions deux aspects de la morphogenèse des tissus, la polarisation cellulaire et la transmission des forces dans un champ de cellules. Plus spécifiquement, nous étudions :

(1) l’assemblage et la dynamique des complexes d’adhésion aux interfaces cellulaires in vivo

(2) la mécanique des interfaces cellulaires et la transmission des forces

(3) les interactions moléculaires durant la polarisation tissulaire.

Nous utilisons comme systèmes modèles la Drosophile pour aborder les questions (1) et (2), et C. Elegans pour aborder la question (3). L’originalité de notre recherche est d’intégrer des approches physiques (optique/mécanique/modélisation) et biologiques (génétique/biologie moléculaire) pour aborder quantativement la morphogénèse tissulaire. 

1.    Assemblage et dynamique des complexes d’adhésion aux interfaces cellulaires in vivo 

Facette de la rétine de la Drosophile

L’adhésion cellulaire requiert la formation de clusters où les molécules d’adhésion sont concentrées. Ces structures couplent et transmettent les forces cellulaires et sont régulées mécaniquement. Par conséquent, il est important de comprendre la dynamique et l’organisation de ces clusters. Dans ce contexte, nous étudions les principes d’organisation de la E- et la N-cadhérine dans la Drosophile (stades embyronnaire et pupal) en combinant microscopie optique à haute résolution, imagerie dynamique et modélisation.

2.    Mécanique des interfaces cellulaires et transmission des forces dans un tissu 

Légende

Simulations de clusters constituées de particules trivalentes

Durant la formation des tissus, les cellules peuvent se diviser, changer de forme, de position ou mourir. Ce petit nombre de mécanismes détermine la taille et la forme des tissus. Si la plupart des gènes qui orchestrent ces mécanismes ont été découverts, nous connaissons en revanche très mal les forces physiques qui ‘scupltent’ les tissus.

En collaboration avec le groupe de Thomas Lecuit (IBDM), nous avons récemment montré que des générateurs de force agissent aux surfaces et interfaces cellulaires pour produire le remodelage local des contacts cellulaires durant la morphogenèse épithéliale (Rauzi et al, 2008, 2010).

Nous cherchons à présent à comprendre comment le couplage cellulaire par l’intermédiaire des clusters d’adhésion régule la mécanique et par conséquent la propagation des forces dans les tissus. Nous utilisons pour cela des méthodes de micromanipulation (pinces optiques) et des sondes de forces.

3.    Interactions moléculaires durant la polarisation tissulaire

Image d’un embryon de C. elegans par microscopie à feuille de lumière

Image d’un embryon de C. elegans par microscopie à feuille de lumière

Comment les tissus acquièrent-ils des axes spécifiques de polarité lors de la morphogenèse ? Si des gradients de molécules de signalisation semblent impliqués dans la polarisation tissulaire, notre compréhension de ces mécanismes restent très partiels. En particulier, nous manquons de données quantitatives sur le comportement et les interactions moléculaires (ligands-récepteurs) durant les processus de polarisation in vivo.  Pour aborder cette question, nous avons récemment démarré un projet avec l’équipe de Vincent Bertrand (IBDM) qui étudie le processus de polarisation chez C. Elegans.

Microscope à feuille de lumière

Microscope à feuille de lumière

En combinant imagerie quantitative et des méthodes de perturbation génétique, nous étudions la distribution/dynamique des ligands et récepteurs Wnt  et leurs interactions durant la polarisation d’un tissu in vivo.


Selected publications

PUBLICATION

Polarization-resolved microscopy reveals a muscle myosin motor-independent mechanism of molecular actin ordering during sarcomere maturation.

Loison, Weitkunat M, Kaya-Çopur A, Nascimento Alves C, Matzat T, Spletter ML, Luschnig S, Brasselet S, Lenne PF, Schnorrer F.
PLoS Biol. 2018 Apr 27;16(4):e2004718. doi: 10.1371/journal.pbio.2004718. PMID: 29702642

PUBLICATION

Viscoelastic Dissipation Stabilizes Cell Shape Changes during Tissue Morphogenesis

Raphaël Clément, Benoît Dehapiot, Claudio Collinet, Thomas Lecuit, Pierre-François Lenne
Current Biology

PUBLICATION

Patterned cortical tension mediated by N-cadherin controls cell geometric order in the Drosophila eye.

Chan EH, Chavadimane Shivakumar P, Clément R, Laugier E, Lenne PF.
Elife. 2017 May 24;6. pii: e22796. PMID: 28537220

PUBLICATION

Direct laser manipulation reveals the mechanics of cell contacts in vivo.

Bambardekar K, Clément R, Blanc O, Chardès C, Lenne PF.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Feb 3;112(5):1416-21. PMID: 25605934

PUBLICATION

Principles of E-Cadherin Supramolecular Organization In Vivo.

Truong Quang BA, Mani M, Markova O, Lecuit T, Lenne PF.
Curr Biol. 2013 Oct 29. pii: S0960-9822(13)01131-7. PMID:24184100

PUBLICATION

Bond flexibility and low valence promote finite clusters of self-aggregating particles.

Markova O, Alberts J, Munro E, Lenne PF.
Phys Rev Lett. 2012 Aug 17;109(7):078101. PMID: 23006403

PUBLICATION

Nature and anisotropy of cortical forces orienting Drosophila tissue morphogenesis.

Rauzi M, Verant P, Lecuit T, Lenne PF.
Nat Cell Biol. 2008 Dec;10(12):1401-10. PMID: 18978783

PUBLICATION

Laser Ablation to Probe the Epithelial Mechanics in Drosophila.

Shivakumar PC, Lenne PF.
Methods Mol Biol. 2016;1478:241-251. PMID: 27730586

PUBLICATION

Molecular clustering in the cell: from weak interactions to optimized functional architectures.

Recouvreux P, Lenne PF.
Curr Opin Cell Biol. 2016 Feb;38:18-23. PMID: 26829487

PUBLICATION

Measuring forces and stresses in situ in living tissues.

Sugimura K, Lenne PF, Graner F.
Development. 2016 Jan 15;143(2):186-96. PMID: 26786209

PUBLICATION

Calcium Spikes in Epithelium: study on Drosophila early embryos.

Markova O, Sénatore S, Chardès C, Lenne PF.
Sci Rep. 2015 Jul 22;5:11379. PMID: 26198871

PUBLICATION

Superresolution measurements in vivo: imaging Drosophila embryo by photoactivated localization microscopy.

Truong Quang BA, Lenne PF.
Methods Cell Biol. 2015;125:119-42. PMID: 25640427

PUBLICATION

Probing cell mechanics with subcellular laser dissection of actomyosin networks in the early developing Drosophila embryo.

Rauzi M, Lenne PF.
Methods Mol Biol. 2015;1189:209-18. PMID: 25245696

PUBLICATION

Clustering of low-valence particles: structure and kinetics.

Markova O, Alberts J, Munro E, Lenne PF.
Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2014 Aug;90(2):022301. PMID: 25215732

PUBLICATION

Setting-up a simple light sheet microscope for in toto imaging of C. elegans development.

Chardes C., Melenec P., Bertrand V. And Lenne P.F.
J Vis Exp. 2014 May 5;(87). PMID: 24836407

PUBLICATION

Membrane microdomains: from seeing to understanding.

Truong-Quang BA, Lenne PF.
Front Plant Sci. 2014 Feb 18;5:18. PMID: 24600455

PUBLICATION

Cortical forces in cell shape changes and tissue morphogenesis.

Rauzi M, Lenne PF.
Curr Top Dev Biol. 2011;95:93-144 PMID: 21501750

PUBLICATION

Calcium signaling in developing embryos: focus on the regulation of cell shape changes and collective movements.

Markova O, Lenne PF.
Semin Cell Dev Biol. 2012 May;23(3):298-307. PMID: 22414534

PUBLICATION

FCS diffusion laws in two-phase lipid membranes: determination of domain mean size by experiments and Monte Carlo simulations.

Favard C, Wenger J, Lenne PF, Rigneault H.
Biophys J. 2011 Mar 2;100(5):1242-51. PMID: 21354397

PUBLICATION

Force generation, transmission, and integration during cell and tissue morphogenesis.

Lecuit T, Lenne PF, Munro E.
Annu Rev Cell Dev Biol. 2011;27:157-84. PMID: 21740231

PUBLICATION

Planar polarized actomyosin contractile flows control epithelial junction remodelling.

Rauzi M, Lenne PF, Lecuit T.
Nature. 2010 Dec 23;468(7327):1110-4. PMID: 21068726

PUBLICATION

Probing cell-surface dynamics and mechanics at different scales.

Lenne PF.
Histochem Cell Biol. 2009 Sep;132(3):247-52. PMID: 19633983

PUBLICATION

Fluorescence fluctuations analysis in nanoapertures: physical concepts and biological applications.

Lenne PF, Rigneault H, Marguet D, Wenger J.
Histochem Cell Biol. 2008 Nov;130(5):795-805. PMID: 18800223

PUBLICATION

Raft nanodomains contribute to Akt/PKB plasma membrane recruitment and activation.

Lasserre R, Guo XJ, Conchonaud F, Hamon Y, Hawchar O, Bernard AM, Soudja SM, Lenne PF, Rigneault H, Olive D, Bismuth G, Nunès JA, Payrastre B, Marguet D, He HT.
Nat Chem Biol. 2008 Sep;4(9):538-47. PMID: 18641634

PUBLICATION

A two-tiered mechanism for stabilization and immobilization of E-cadherin.

Cavey M, Rauzi M, Lenne PF, Lecuit T.
Nature. 2008 Jun 5;453(7196):751-6. PMID: 18480755

PUBLICATION

Cell surface mechanics and the control of cell shape, tissue patterns and morphogenesis.

Lecuit T, Lenne PF.
Nat Rev Mol Cell Biol. 2007 Aug;8(8):633-44. PMID: 17643125

PUBLICATION

Dynamic molecular confinement in the plasma membrane by microdomains and the cytoskeleton meshwork.

Lenne PF, Wawrezinieck L, Conchonaud F, Wurtz O, Boned A, Guo XJ, Rigneault H, He HT, Marguet D.
EMBO J. 2006 Jul 26;25(14):3245-56. PMID:16858413

PUBLICATION

Enhancement of single-molecule fluorescence detection in subwavelength apertures.

Rigneault H, Capoulade J, Dintinger J, Wenger J, Bonod N, Popov E, Ebbesen TW, Lenne PF.
Phys Rev Lett. 2005 Sep 9;95(11):117401. PMID:16197045

Interactions

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NATIONAL
  • Hervé Rigneault, Mosaic Team, Institut Fresnel, Marseille
INTERNATIONAL
  • Edwin Munro, University of Chicago
  • Madhav Mani, KITP, University of Santa Barbara

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Claire Chardes Raphael Clement   Weiyuan Kong     Pritha Pai   Pierre Recouvreux  
Pierre-françois Lenne
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Pierre-françois Lenne

Chercheur

Pierre-François a étudié la physique à l'Université de Paris et à l'Ecole Normale Supérieure de Paris (France), avant de terminer son doctorat en physique de la matière molle à l'Université de Grenoble (France). Après des recherches postdoctorales à l’unité de biologie cellulaire et biophysique de l'EMBL (Heidelberg, Allemagne), il a rejoint le Centre National de Recherche Scientifique Recherche (CNRS) en tant que Chargé de Recherche (chercheur) à l'Institut Fresnel de Marseille. Chef de groupe à l'Institut de Biologie du Développement de Marseille-Luminy (IBDM) et directeur de recherche au CNRS depuis 2009, Ses recherches actuelles portent sur la dynamique et la mécanique cellulaire dans le contexte de la morphogenèse des tissus.

Claire Chardes
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Claire Chardes

Ingénieur / Technicien

Claire a rejoint l'équipe en 2009. Claire sort diplômée en 2004 de l'école ingénieur ENSPM (Ecole Nationale Supérieure de Physique de Marseille). Son projet se concentre sur la microscopie à feuille de lumière (SPIM et DSLM). Elle participe également à d'autres projets en optique, traitement d'images et analyse d'images.

Raphael Clement
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Raphael Clement

Chercheur

Raphaël s'intéresse aux aspects physiques de la génération de formes pendant le développement embryonnaire. Chargé de Recherche au CNRS depuis 2015, il a rejoint l'équipe après une thèse au laboratoire de physique Matière et Systèmes Complexes (Paris Diderot), et un stage post-doctoral au laboratoire de mathématiques J.A. Dieudonné (Nice Sophia-Antipolis).

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Ali Hashmi

Doctorant

Weiyuan Kong
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Weiyuan Kong

Doctorant

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Fanny Lenne

Stagiaire (collégien, lycéen, L1, L2, L3, M1)

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Laura Moradian

Stagiaire (collégien, lycéen, L1, L2, L3, M1)

Pritha Pai
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Pritha Pai

Doctorant

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Pierre Perrin

Ingénieur / Technicien

Pierre Recouvreux
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Pierre Recouvreux

Enseignant - chercheur

Pierre a rejoint l'équipe en Septembre 2013 en tant que Maitre de Conférences. Il a étudié la physique à l’École Normale Supérieure de Lyon avant de mener ses recherches à l'interface de la physique et de la biologie. Pierre a terminé son doctorat à l'Institut Curie sous la direction de J-L. Viovy, il a alors travaillé sur les propriétés mécaniques de fibres de chromatine uniques à l'aide d'un dispositif de pinces magnétiques. En 2010, Pierre a rejoint le groupe de Marileen Dogterom (AMOLF Institute, Amsterdam) en tant que postdoctorant. Il a alors travaillé sur l'importance des microtubules dans l'établissement de la polarisation cellulaire chez la levure S. pombe. Dans le groupe, Pierre travaille désormais sur les aspects physiques de la neurulation dans l'embryon de Caenorhabditis elegans. Ce travail est mené en collaboration avec le groupe de Vincent Bertrand à l'IBDM.

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Charlotte Rulquin

Post-doctorant

Alumni

  • Olga Markova, Post-doc, Institut Curie, Paris
  • Olivier Blanc, Ingénieur de Recherche, Institut Jacques Monod, Paris
  • Jérémie Capoulade, Post-doc Leiden University, Netherlands
  • Emilien Etienne, Ingénieur de Recherche, CNRS-Marseille
  • Matteo Rauzi, Post-doc, EMBL Heidelberg, Maria Leptin’s lab
  • Pascale Vérant, Professeur ‘Classe préparatoires aux Grandes Ecoles’
  • Laure Wawrezinieck, Professeur ‘Classe préparatoires aux Grandes Ecoles’

En bref

Organisme modèle
Processus biologique étudié
  • Approches physiques de la dynamique cellulaire et de la morphogenèse des tissues
  • Formes cellulaires
  • Morphogenèse
Techniques biologiques
  • Microscopie optique à haute résolution
  • Microscopie par feuillet de lumière
  • Spectroscopie de corrélation de fluorescence
  • Pinces optiques
  • Nanodissection laser
  • Modélisation physique
  • Génétique
Applications médicales
  • Interactions cellulaires et adhésion. Nouvelles approches d’imagerie médicale