Description du sujet de thèse

Contexte scientifique et problématique

Dans des conditions spécifiques de croissance dans un chemostat, les populations de cellules de levure se synchronisent spontanément pour subir des oscillations métaboliques soutenues, qui semblent être étroitement liées à la croissance et à la division cellulaires. L'ensemble de ce comportement oscillatoire est appelé cycle métabolique de la levure (CML). De manière intrigante, notre laboratoire et d'autres ont récemment montré que les oscillations métaboliques persistent en l'absence de division cellulaire et semblent même jouer un rôle important dans la détermination de l'entrée et de la sortie du cycle cellulaire. En outre, nous avons montré que la signalisation redox est impliquée dans l'émergence d'un comportement oscillatoire métabolique collectif stable et dans le couplage de l'état métabolique oscillatoire à la division cellulaire dans le contexte de la CMJ. Des études récentes révèlent l'existence d'oscillations métaboliques, d'une signalisation redox et d'une activité de la protéine kinase A au niveau de la cellule unique. Conformément à la CMJ, ces oscillations peuvent être couplées à la division cellulaire et semblent jouer un rôle important dans la régulation de l'entrée et de la sortie du cycle cellulaire, mais elles peuvent également persister indépendamment de la division cellulaire. Cependant, on ne sait pas si les cycles métaboliques observés au niveau de la cellule unique correspondent à ceux observés dans les populations synchronisées du chemostat. La base mécanique des cycles métaboliques dans les deux systèmes est totalement inconnue et les relations causales exactes, l'interférence et l'interaction entre les cycles métaboliques et la division cellulaire restent insaisissables.

Projet de thèse

Dans ce projet de thèse en collaboration avec Bruce Morgan (Université de Sarrebruck), nous utiliserons des méthodes de biophysique et de biologie cellulaire pour mieux comprendre le fonctionnement des oscillations métaboliques. Nous développerons une nouvelle méthodologie qui fusionne les mesures dynamiques à l'échelle de la population avec le suivi d'une seule cellule en utilisant la microfluidique. En combinant notre expertise en génétique de la levure, de nouveaux capteurs redox codés génétiquement, l'imagerie quantitative de cellules vivantes, la microfluidique et les cultures en chemostat, nous éluciderons l'hétérogénéité de la population en termes de cycles métaboliques et de division cellulaire avec une résolution spatiale et temporelle jusqu'à présent inaccessible. En outre, nous étudierons le rôle de la signalisation redox et de l'activité de la protéine kinase A dans le couplage de la division cellulaire avec le métabolisme oscillatoire.
Au cours de cette thèse, l'étudiant pourra acquérir une expertise solide en microfluidique, imagerie, analyse d'image par apprentissage profond, et génétique moléculaire de la levure. Des connaissances en programmation (python, Matlab) ou dans l'un des domaines listés plus haut seraient un plus mais ne sont pas strictement nécessaires. Nous sommes très intéressés par des candidats/candidates intéressés par acquérir un savoir-faire interdisciplinaire entre la Physique, l'ingénierie et la Biologie.

Contexte de travail

Le projet sera réalisé au sein du laboratoire Génétique moléculaire, génomique, microbiologie - GMGM, qui se situe au cœur de l'Université de Strasbourg. La thèse sera encadrée dans l'équipe « biologie quantitative de la prolifération cellulaire », dirigée par Gilles Charvin, qui s'intéresse à plusieurs mécanismes de contrôle de la croissance chez la levure, comme l'adaptation au stress oxydant et l'entrée en sénescence réplicative. Le projet fait l'objet d'une collaboration avec l'équipe de Bruce Morgan (Université de Sarrebruck en Allemagne) après obtention d'un financement ANR PRCI. Dans ce contexte, plusieurs séjours en Allemagne seront envisagés pour la mise en place du système d'acquisition des données.

Contraintes et risques

Aucune