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Dynamique de l'actine et biomécanique de l'embryon précoce

Dynamique de l'actine et biomécanique de l'embryon précoce

DÉPARTEMENT

Biologie du développement et cellules souches

CHEFFE D'ÉQUIPE

Anne-Cécile REYMANN

Au cours du développement de l’embryon, la morphologie des cellules est en constant remodelage afin de permettre la bonne tenue des différentes fonctions cellulaires tout en s’intégrant dans son environnent. Les architectures d’actine constituent la structure, ou cytosquelette, donnant forme à la cellule. L’actine définit ainsi en permanence l’architecture interne et externe de la cellule, lui permettant de sentir son environnement et de produire les forces nécessaires pour la motilité ou la divison cellulaire par exemple.

Assemblées, déconstruites ou remodelées en permanence, les architectures d’actines sont diverses et régulées par la dynamique des nombreux acteurs moléculaires qui les composent, tels de véritables blocs de constructions polyvalents. Les réseaux d’actine contrôlent la morphologie de la cellule, sa mécanique, ou même directement l’expression de certains gènes, influencent également l’état de la cellule et ses capacités d’interaction avec l’environnement. Ceci est d’autant plus important dans un organisme en développement, où chacune des différentes cellules doit acquérir une identité et une place spécifique à leur fonction.

Le but de notre recherche est de mieux comprendre comment les dynamiques des architectures d’actine contribuent à l’acquisition de l’identité cellulaire au cours du développement précoce de l’embryon de C. elegans. Pour ce faire nous utilisons des approches interdisciplinaires à l’interface entre biologie cellulaire et biochimie, ainsi que de la microscopie photonique résolutive et des analyses quantitatives. Nous étudions comment les architectures d’actine sont régulées au sein des différentes cellules de l’embryon précoce de C. elegans. Comment certaines particularités peuvent émerger et ainsi impacter les processus d’acquisition des premières identités cellulaires. Notre but étant de comprendre les processus biochimiques de régulation des dynamiques de l’actine in vivo, mais aussi quelles sont les conséquences en cas de perturbation, comme par exemple la présence de mutations génétiques de l’actine reproduisant des maladies rares humaines (actinopathies).

Membres

Chercheur(euse)s

Post-doctorant(e)s

Doctorant(e)s

Technicien(ne)s

Projets en cours

Project 1 –  Actin dynamics and cell identity

Each embryo experiences enormous challenges in order to successfully transform a passive oocyte loaded with parental material into a polarized embryo of differentiated blastomeres. C. elegans follows a determinate model of development during which invariant cleavage patterns set up reproducible patterns of cell interactions. In addition to rapid volume reduction, asymmetries arise in daughter cells both biochemically and physically, leading in a few divisions to a reproducible but diverse collection of founder cells, the blastomeres.

By the use of in vivo endogenous fluorescent labeling of actin binding proteins (the building blocks) using CRISPR/Cas9 genetic engineering as well as state of the art live imaging techniques and quantitative image analysis, we are studying in the early embryonic cells, the dynamics of individual actin binding proteins and how differences of content or dynamics arise along the lineage.

Our goal is to reveal how actin architectures are spatiotemporally controlled in the different cell types found in the early C. elegans embryo and how some actin specificities could impact cell commitment in the differentiation process during the process of early cell identity acquisition of the blastomeres.

Project 2- CRISPR targeted mutagenesis of C. elegans actin: novel insights into the understanding of human non-muscle actinopathies.

Mutations in the human actin genes ACTB and ACTG1 (beta- and gamma-cytoskeletal actin isoforms) cause a broad spectrum of rare disorders - Non-muscle actinopathies (NMAs)- which show high clinical variability. In human heterozygous loss of ACTB results in a pleotropic neurodevelopmental disorder. Mutations in either nonmuscle actin genes ACTG1 and ACTB were described as a cause of disorders that are now consolidated under the name Baraitser-Winter cerebro-fronto-facial syndrome (BWCFFT).

The five research groups of the European EJP RD PredACTINg consortium have combined their expertise to explore NMA disease mechanisms at a multi-scale level, ranging from single molecules to model organism. The Reymann team is reproducing some actinopathies related human mutations, in the model organism C. elegans using CRISPR/Cas9 mediated genome engineering. These mutants will be used to assess the developmental defects with particular focus on neural development, as well as the perturbation of actin organization and actin dynamics in the early embryonic cells using our fluorescently labelled strains.

The long-term goal of study is to allow a substantial revision of treatment management strategies, provide the basis for future clinical trials and yield broadly applicable functional assays that facilitate genotype-phenotype correlation.

EJP RD PredACTINg consortium: Dr. Med. Di Donato (Faculty of Medicine Carl Gustav Carus, TU Dresden, Germany), Prof. Dr. Manstein (Medizinische Hochschule Hannover, Institut für Biophysikalische Chemie, Hannover, Germany), Prof. Dr. Kellermayer (Department of Biophysics and Radiation Biology, Semmelweis University, Budapest, Hungary), Dr. Bianco (PhysioLab, Department of Biology, University of Florence, Italy) and Dr. Reymann.

Collaborations et réseaux

Nataliya Di Donato, TU Dresde, Dresde, Allemagne.

Nate Goehring, The Francis Crick Institute, Londres, Royaume Unis.

Francois Robin, Institut de Biologie Paris Seine, Paris, France.

 

GDR Approches Quantitatives du Vivant

Société Française de Biologie du Développement

Genie, Group of Elegans New Investigators in Europe

Financements et partenaires

  • 2020-2023         EJP RD, Predacting, European Consortium, coordinatrice Med Dr N. Di Donato.
  • 2019-2023         ANR JCJC, DeCaNu.
  • 2018-2019         IDEX Grant, Université de Strasbourg.
  • 2017-2019         LABEX Start-Up Package, IGBMC, CERBM GIE.

Publications

Prix/Distinctions

2015, AAAS Newcomb Cleveland Prize, pour ma participation à la publication Chen et al, Science, 2014.

2012, prix de thèse de la Fondation Nanosciences et prix de thèse de l’Université de Grenoble (PRES) pour mon travail en doctorat.

Biologie du développement et cellules souches - Maladies rares