ÉQUIPE

Architecture et dynamique des tissus épithéliaux

Responsable d'équipe : T. Lecuit

 

Notre équipe cherche à comprendre comment les tissus épithéliaux maintiennent une organisation robuste mais extrêmement modulable à mesure qu’ils grandissent et changent de forme au cours du développement.

GRAND PUBLIC

Les épithéliums forment des barrières mécaniques et chimiques qui sont à la fois robustes structurellement et constamment remodelés, durant l’embryogenèse et l’organogenèse, des nématodes aux humains. La perturbation de cet équilibre entraine une forte progression du cancer. Le contrôle de cet équilibre est une question fondamentale en biologie qui reste actuellement sans réponse. Notre ambition première est de comprendre ce problème en utilisant des approches interdisciplinaires qui associent les analyses les plus quantitatives à des études physiologiques d’organismes entiers. Nous décryptons les fondements biochimiques de la mécanique des cellules et des tissus, à savoir la façon dont les forces sont générées et comment elles produisent des déformations, et caractérisons leur régulation par les voies de signalisation conservées. L’expertise complémentaire des biologistes cellulaires, développementalistes, physiciens, ingénieurs, etc, est nécessaire à notre groupe pour répondre à cette problématique.

Une des propriétés les plus remarquables des tissus vivants est qu’ils peuvent s’organiser avec robustesse tout en conservant une plasticité dynamique importante. Cette propriété est particulièrement remarquée dans les feuillets épithéliaux où les cellules sont généralement (mais pas toujours) disposées en monocouche. Grâce aux connexions cellulaires par des molécules d’adhésion, en particulier la E-cadhérine, les cellules sont cohérentes et permettent la formation de barrières épithéliales qui séparent les différents milieux physiologiques et protègent ainsi l’organisme contre les agents pathogènes. L’épithélium est largement remodelé au cours du développement ainsi que chez l’adulte. Par exemple, l’épithélium se développe et produit de nouvelles cellules par division cellulaire. Les cellules réadaptent leurs contacts, se déplacent les unes par rapport aux autres et contribuent ainsi au remodelage du tissu.

Grâce à ces événements, les tissus acquièrent des formes complexes et maintiennent une organisation définitive permettant aux nouvelles cellules de remplacer celles qui meurent. La robustesse des tissus exige une adhésion via les complexes E-cadhérine. La plasticité est un processus actif entraîné par la contractilité de l’actomyosine au moyen duquel les cellules remodèlent leurs contacts. Ces forces sont transmises au niveau des jonctions cellulaires par les complexes E-cadhérine.

Nous abordons les questions majeures suivantes:

  • Comment émergent les forces à partir des interactions entre filaments d’actine, moteurs et agents de réticulation.
  • Comment les complexes E-cadhérine contrôlent l’adhésion et la transmission de force.
  • Comment les signaux de développement intercellulaires contrôlent la mécanique des cellules conduisant à l’extension et l’invagination des tissus.
  • Comment la division cellulaire et la croissance des tissus affectent la mécanique des tissus, et vice versa.

Nous utilisons la mouche Drosophila pour répondre à ces questions. Les principales composantes de la mécanique des cellules et de leur régulation sont partagées entre les humains et cet organisme qui se prête à une combinaison très puissante d’approche fonctionnelle, moléculaire et physique. Notre groupe est largement interdisciplinaire et emploie une vaste batterie de méthodes expérimentales allant de la biochimie à la génétique, l’imagerie et la modélisation quantitative.

PUBLIC EXPÉRIMENTÉ

La morphogenèse des animaux fascine les scientifiques depuis des décennies. Embryologistes, généticiens, biologistes cellulaires et, depuis peu, physiciens ont considérablement fait progresser notre compréhension de la morphogenèse chez les organismes multicellulaires. L’étude de la morphogenèse suit 3 grandes tendances. Un intérêt de longue date porté sur le contrôle spatial de l’identité / comportement cellulaire a conduit à l’identification de principes généraux concernant l’organisation de la morphogenèse par le flux d’information. Les fondements de la morphogenèse en biologie cellulaire ont progressivement émergé pour exploser il y a 10 ans, avec l’avènement de l’imagerie en temps réel. Les changements de forme des cellules qui sous-tendent l’invagination et l’extension des tissus ont été caractérisés : constriction apicale, intercalation cellulaire. La morphogenèse des cellules requiert la génération de force ainsi que son contrôle spatial par des voies biochimiques spécifiques. Une tendance plus récente, favorisée par une description quantitative de la dynamique des cellules, permet une compréhension quantitative / physique de la morphogenèse. La morphogenèse des tissus est donc devenu un domaine de recherche interdisciplinaire actif, en très forte expansion.

La recherche chez la drosophile est un secteur à la pointe pour comprendre la façon dont les voies biochimiques contrôlent la mécanique des cellules et les changements de forme cellulaire conduisant à la morphogenèse épithéliale. L’allongement et l’invagination des tissus sont deux classes universelles de changement de forme tissulaire conduisant à la gastrulation. L’invagination du mésoderme, au niveau ventral de l’embryon, a servi de paradigme pour expliquer l’invagination épithéliale entraînée par la constriction des cellules apicales. Des processus similaires conduisent à la fermeture du tube neural chez les vertébrés, et à l’invagination de l’endoderme chez les nématodes, les ascidies, etc…La constriction apicale nécessite la phosphorylation apicale de la myosine-II (MyoII) par la kinase ROCK, qui elle-même est activée par la petite GTPase Rho1 et en amont par GEF, telles que RhoGEF2. L’extension de l’ectoderme ventral latéral appelé le « germband », ou extension du « germband » (GBE), est devenue un paradigme pour l’étude de l’extension épithéliale. Ce processus est piloté par des échanges de voisinage spatialement contrôlés ou par intercalation de cellules. Durant l’intercalation, les jonctions cellulaires sont remodelées de manière plane et polarisée. Cela s’explique par l’enrichissement polarisé de câbles de myosine-II en contraction, appelé jonctions «verticales» (figure 1A), et par la réduction correspondante des niveaux de Ecad. Comme dans la constriction apicale, le recrutement polarisé de MyoII dépend de l’activation en amont par ROCK et RhoGEFs, comme par exemple RhoGEF2(15). Ainsi, des voies biochimiques similaires sont à la base de la génération de force dans différents processus morphogénétiques. De récentes études soulignent des similitudes encore plus profondes. Lors de la constriction apicale et de l’intercalation cellulaire, les réseaux d’actomyosine alternent des phases de déformation et de stabilisation. La déformation cellulaire est entraînée par la concentration d’actomyosine dans les impulsions contractiles apicale médiale (figure 1B). La fréquence des impulsions peut définir la vitesse de déformation. Alors que la stabilisation est apicale dans les cellules du mésoderme, elle ne se produit qu’au niveau des rétrécissements des jonctions “verticales” dans les cellules ectodermiques qui s’intercalent (Fig. 1B, C). Ce mécanisme à effet cliquet est apparu comme une caractéristique générale de la mécanique épithéliale. Bien que les cellules du mésoderme et de l’ectoderme affichent une contractilité pulsatile apicale de l’actomyosine similaire, leur comportement est différent. Dans les cellules de l’ectoderme, les impulsions d’actomyosine fluctuent de manière anisotrope, ie. d’une manière plane et polarisée au niveau des rétrécissements de jonctions (figure 1B). Cependant, dans les cellules du mésoderme, les impulsions n’aboutissent pas et entraînent une déformation isotrope (figure 1C). La présence ou l’absence de flux est donc un point de bifurcation du développement entre constriction (invagination des tissus), et intercalation (extension du tissu).

Ces résultats conduisent à un cadre général de la morphogenèse basé sur i) le contrôle spatial de la déformation des cellules par les flux d’actomyosine et de la stabilisation, et ii) le contrôle temporel par des impulsions contractiles.

Questions ouvertes : un certain nombre de questions clés demeurent encore sans réponse.

  • Comment la contractilité pulsatile est-elle contrôlée par les réseaux d’actomyosine ?
  • Quels facteurs caractérisent les différentes propriétés mécaniques de stabilisation et de déformation des réseaux d’actomyosine?
  • Comment est contrôlée la présence / absence de flux d’actomyosine et comment ce flux est-il orienté?
  • Comment les forces d’actomyosine sont-elles transmises aux contacts cellulaires? Les forces de transmission par les groupes d’adhésion sont-elles régulées par la tension actomyosine? La force de transmission agit-elle sur la génération de la force?
  • Quelles voies de signalisation interviennent au niveau du contrôle spatial durant les processus de déformation et stabilisation cellulaire ?
  • Quel rôle a la polarisation planaire dans l’intercalation? Comment les cellules communiquent-elles au cours de ce processus?
  • Comment les propriétés mécaniques locales sont-elles coordonnées entre les cellules pour atteindre la déformation des tissus robustes?

Main publications

PUBLICATION

Quantitative Control of GPCR Organization and Signaling by Endocytosis in Epithelial Morphogenesis

Ankita Jha, Thomas S.van Zanten, Jean-Marc Philippe, Satyajit Mayor, Thomas Lecuit.
Curr Biol. 2018 May 21;28(10):1570-1584.e6. PMID: 29731302

PUBLICATION

Viscoelastic Dissipation Stabilizes Cell Shape Changes during Tissue Morphogenesis

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

PUBLICATION

A self-organized biomechanical network drives shape changes during tissue morphogenesis.

Munjal A, Philippe JM, Munro E, Lecuit T.
Nature. 2015 Jul 27. doi: 10.1038/nature14603. PMID: 26214737

PUBLICATION

Oscillation and polarity of E-cadherin asymmetries control actomyosin flow patterns during morphogenesis.

Levayer R, Lecuit T.
Dev Cell. 2013 Jul 29;26(2):162-75. PMID: 23871590

PUBLICATION

Adhesion disengagement uncouples intrinsic and extrinsic forces to drive cytokinesis in epithelial tissues.

Guillot C, Lecuit T.
Dev Cell. 2013 Feb 11;24(3):227-41. PMID: 23410938

PUBLICATION

Spatial regulation of Dia and Myosin-II by RhoGEF2 controls initiation of E-cadherin endocytosis during epithelial morphogenesis.

Levayer R, Pelissier-Monier A, Lecuit T.
Nat Cell Biol. 2011 May;13(5):529-40. PMID: 21516109

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

Spatial control of actin organization at adherens junctions by a synaptotagmin-like protein Btsz.

Pilot F, Philippe JM, Lemmers C, Lecuit T.
Nature. 2006 Aug 3;442(7102):580-4. PMID: 16862128

PUBLICATION

Myosin-dependent junction remodelling controls planar cell intercalation and axis elongation.

Bertet C, Sulak L, Lecuit T.
Nature. 2004 Jun 10;429(6992):667-71. PMID: 15190355

PUBLICATION

Trafficking through Rab11 endosomes is required for cellularization during Drosophila embryogenesis.

Pelissier A, Chauvin JP, Lecuit T.
Curr Biol. 2003 Oct 28;13(21):1848-57. PMID: 14588240
Other publications

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

A global pattern of mechanical stress polarizes cell divisions and cell shape in the growing Drosophila wing disc.

Legoff L, Rouault H, Lecuit T.
Development. 2013 Oct;140(19):4051-9. PMID: 24046320

PUBLICATION

Mechanics of epithelial tissue homeostasis and morphogenesis.

Guillot C, Lecuit T.
Science. 2013 Jun 7;340(6137):1185-9. PMID: 23744939

PUBLICATION

Transcriptional and epigenetic signatures of zygotic genome activation during early drosophila embryogenesis.

Darbo E, Herrmann C, Lecuit T, Thieffry D, van Helden J.
BMC Genomics. 2013 Apr 5;14:226. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23560912

PUBLICATION

Stability and dynamics of cell-cell junctions.

Collinet C, Lecuit T.
Prog Mol Biol Transl Sci. 2013;116:25-47. PMID: 23481189

PUBLICATION

Biomechanical regulation of contractility: spatial control and dynamics.

Levayer R, Lecuit T.
Trends Cell Biol. 2012 Feb;22(2):61-81. PMID: 22119497

PUBLICATION

Nuclear mechanics in differentiation and development.

Hampoelz B, Lecuit T.
Curr Opin Cell Biol. 2011 Dec;23(6):668-75. PMID: 22079175

PUBLICATION

Cell-to-cell contact and extracellular matrix. Editorial overview.

Lecuit T, Sonnenberg A.
Curr Opin Cell Biol. 2011 Oct;23(5):505-7. PMID: 21937209

PUBLICATION

Microtubule-induced nuclear envelope fluctuations control chromatin dynamics in Drosophila embryos.

Hampoelz B, Azou-Gros Y, Fabre R, Markova O, Puech PH, Lecuit T.
Development. 2011 Aug;138(16):3377-86. PMID: 21752932

PUBLICATION

Developmental biology. Gradient scaling and growth.

Le Goff L, Lecuit T.
Science. 2011 Mar 4;331(6021):1141-2. PMID: 21385701

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

An interview with Thomas Lecuit.

Lecuit T.
Development. 2010 Aug 1;137(15):2453-4. PMID: 20627959

PUBLICATION

alpha-catenin mechanosensing for adherens junctions.

Lecuit T.
Nat Cell Biol. 2010 Jun;12(6):522-4. PMID: 20453846

PUBLICATION

Lighting up developmental mechanisms: how fluorescence imaging heralded a new era.

Mavrakis M, Pourquié O, Lecuit T.
Development. 2010 Feb;137(3):373-87. PMID: 20081186

PUBLICATION

Repression of Wasp by JAK/STAT signalling inhibits medial actomyosin network assembly and apical cell constriction in intercalating epithelial cells.

Bertet C, Rauzi M, Lecuit T.
Development. 2009 Dec;136(24):4199-212. PMID: 19934015

PUBLICATION

Molecular bases of cell-cell junctions stability and dynamics.

Cavey M, Lecuit T.
Cold Spring Harb Perspect Biol. 2009 Nov;1(5):a002998. PMID: 20066121

PUBLICATION

Planar polarity and short-range polarization in Drosophila embryos.

Bertet C, Lecuit T.
Semin Cell Dev Biol. 2009 Oct;20(8):1006-13. PMID: 19486946

PUBLICATION

Developmental biology. Phase transition in a cell.

Le Goff L, Lecuit T.
Science. 2009 Jun 26;324(5935):1654-5. PMID: 19556492

PUBLICATION

Closing in on mechanisms of tissue morphogenesis.

Rauzi M, Lecuit T.
Cell. 2009 Jun 26;137(7):1183-5. PMID: 19563750

PUBLICATION

Current topics in developmental biology. Preface.

Lecuit T.
Curr Top Dev Biol. 2009;89:xi-xiii. doi: 10.1016/S0070-2153(09)89012-1. PMID: 19737639

PUBLICATION

Breaking down EMT.

Levayer R, Lecuit T.
Nat Cell Biol. 2008 Jul;10(7):757-9. PMID: 18591967

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

"Developmental mechanics": cellular patterns controlled by adhesion, cortical tension and cell division.

Lecuit T.
HFSP J. 2008 Apr;2(2):72-8. doi: PMID: 19404474

PUBLICATION

Imaging cellular and molecular dynamics in live embryos using fluorescent proteins.

Cavey M, Lecuit T.
Methods Mol Biol. 2008;420:219-38 PMID: 18641950

PUBLICATION

Orchestrating size and shape during morphogenesis.

Lecuit T, Le Goff L.
Nature. 2007 Nov 8;450(7167):189-92. PMID: 17994084

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

Developmental control of nuclear size and shape by Kugelkern and Kurzkern.

Brandt A, Papagiannouli F, Wagner N, Wilsch-Bräuninger M, Braun M, Furlong EE, Loserth S, Wenzl C, Pilot F, Vogt N, Lecuit T, Krohne G, Grosshans J.
Curr Biol. 2006 Mar 21;16(6):543-52. PMID: 16458513

PUBLICATION

Developmental control of nuclear morphogenesis and anchoring by charleston, identified in a functional genomic screen of Drosophila cellularisation.

Pilot F, Philippe JM, Lemmers C, Chauvin JP, Lecuit T.
Development. 2006 Feb;133(4):711-23. PMID: 16421189

PUBLICATION

Cell adhesion: sorting out cell mixing with echinoid?

Lecuit T.
Curr Biol. 2005 Jul 12;15(13):R505-7. PMID: 16005283

PUBLICATION

Compartmentalized morphogenesis in epithelia: from cell to tissue shape.

Pilot F, Lecuit T.
Dev Dyn. 2005 Mar;232(3):685-94. PMID: 15712202

PUBLICATION

Adhesion remodeling underlying tissue morphogenesis.

Lecuit T.
Trends Cell Biol. 2005 Jan;15(1):34-42. PMID: 15653076

PUBLICATION

The fly Olympics: faster, higher and stronger answers to developmental questions. Conference on the Molecular and Developmental Biology of Drosophila.

Bejsovec A, Lecuit T, Modolell J.
EMBO Rep. 2004 Nov;5(11):1037-40. PMID: 15486566

PUBLICATION

Junctions and vesicular trafficking during Drosophila cellularization.

Lecuit T.
J Cell Sci. 2004 Jul 15;117(Pt 16):3427-33. PMID: 15252125

PUBLICATION

Regulation of membrane dynamics in developing epithelia.

Lecuit T.
Curr Opin Genet Dev. 2003 Aug;13(4):351-7. PMID: 12888007

PUBLICATION

Developmental biology: Flowers' wings, fruitflies' petals.

Desplan C, Lecuit T.
Nature. 2003 Mar 13;422(6928):123-4. PMID: 12634762

PUBLICATION

Developmental control of cell morphogenesis: a focus on membrane growth.

Desplan C, Lecuit T.
Nat Cell Biol. 2003 Feb;5(2):103-8. PMID: 12563275

Membres more

  Anais Bailles Claire Bertet Claudio Collinet Benoît Dehapiot Alain Garcia De Las Bayonas   Stephen Kerridge Jules Lavalou Annemarie Lellouch Amrutha Palavalli Jean-marc Philippe
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Jean-marc Philippe
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Jean-marc Philippe

Ingénieur / Technicien

En bref

Organisme modèle
Processus biologique étudié
  • Morphogenèse cellulaire et tissulaire, polarité
Techniques biologiques
  • Génétique, criblage RNAi
  • Biochimie, tests in vitro
  • Imagerie quantitative en temps réel de la dynamique des protéines et des cellules
  • Biologie cellulaire
  • Optogénétique
  • Nano-ablation des structures subcellulaires
  • Modélisation (via des collaborations)