Description du sujet de thèse

Cette thèse portera sur la séparation de phase spontanée d’un ensemble de cellules amiboïdes en hypoxie, c’est-à-dire en condition de manque d’oxygène. À haute densité, une population en division de cellules Dictyostelium discoideum (dites Dicty) se sépare spontanément en agrégats multicellulaires de taille bien définie et en un ensemble de cellules individuelles. Nous avons déjà démontré que ce phénomène résulte de la compétition entre l’adhésion cellule-cellule et l’aérotaxie, c’est-à-dire la tendance des cellules Dicty à suivre les gradients d’oxygène.
Le projet interdisciplinaire proposé visera à explorer d’autres aspects de cette séparation de phase de type « microphase » :
1. Le mécanisme responsable du mouvement des agrégats, qui reste inconnu ;
2. La nature hautement dynamique de ces agrégats, en contraste marqué avec la séparation de phase dans les systèmes inertes ;
3. La structure tridimensionnelle des agrégats et le rôle des gradients d’oxygène dans cette organisation.
Pour cela, le doctorant recruté développera à la fois des approches expérimentales et numériques.
Sur le plan expérimental, les objectifs seront :
• Mener de nouvelles expériences, mieux contrôlées, afin de quantifier avec précision la dynamique du processus via l’analyse d’images, le suivi des agrégats et l’analyse de données ;
• Étudier le mécanisme de locomotion des agrégats, notamment en se demandant s’il résulte d’échanges cellulaires entre les agrégats et le « gaz » de cellules individuelles. Pour cela, on utilisera le suivi de cellules individuelles dans les deux phases, par microscopie en fluorescence en direct en 3D (xy + temps) ou en 4D (xyz + temps) ;
• Utiliser des approches de biologie cellulaire combinées à de la microscopie 3D (disque tournant, feuille de lumière) pour caractériser la structure tridimensionnelle des agrégats.
Sur le plan numérique, le doctorant mettra en œuvre des modèles de type cellular Potts reproduisant les principales caractéristiques des cellules Dicty : mouvement persistant, adhésion cellulaire et aérotaxie.
• Le premier objectif sera de reproduire en 2D les dynamiques complexes observées et quantifiées expérimentalement ;
• Le second sera de développer des simulations tridimensionnelles pour tester l’hypothèse selon laquelle les gradients verticaux d’oxygène sont à l’origine de la structure 3D des agrégats.

Contexte de travail

L’institut Lumière Matière (iLM) est une unité de recherche CNRS-Université Lyon 1 localisée sur le campus Lyon Tech La Doua (accessible en transports en communs depuis le centre-ville). Avec plus de 300 collaborateurs dont une centaine de doctorants et post-doctorants, l’iLM est un acteur majeur de la recherche en physique et chimie sur la région Auvergne Rhône Alpes, reconnu internationalement pour l’excellence de sa recherche.

Le continuum entre la recherche fondamentale, la réponse aux grands défis sociétaux et l’innovation est au cœur de la démarche de cette unité. L’ensemble du personnel s’engage pour promouvoir l’excellence et une recherche éthique et responsable.

La thèse se déroulera au sein de l’équipe de Biophysique de l’Institut Lumière Matière à Lyon. Elle s’inscrit dans un projet financé par l’ANR, impliquant des biologistes, des biophysiciens, des physiciens théoriciens et des mathématiciens. Le profil recherché est celui d’un(e) candidat(e) ayant une double compétence expérimentale et théorique, manifestant un intérêt marqué pour les recherches à l’interface entre physique et biologie, et possédant de solides compétences en programmation scientifique de systèmes de matière active. Une expérience en biologie cellulaire, microscopie 3D et/ou modélisation de type cellular Potts serait un plus.