Description du sujet de thèse

Sujet: Modélisation par éléments finis des mécanismes physico-chimiques à l’origine des divisions cellulaires asymétriques chez les spiraliens
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Contexte scientifique:
Chez de nombreux invertébrés marins, le développement embryonnaire débute par des divisions cellulaires spiralées, un mode de clivage ancestral. Dans plusieurs lignées, l’évolution a conduit à l’apparition indépendante de divisions cellulaires asymétriques via la formation d’une structure corticale singulière appelée lobule polaire (polar lobe, PL), un renflement cytoplasmique transitoire. Cette structure joue un rôle crucial dans la ségrégation des déterminants du destin cellulaire, influençant profondément le développement embryonnaire.
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Objectifs scientifiques:
La thèse visera à développer une plateforme numérique avancée de modélisation par éléments finis pour simuler les mécanismes mécano-chimiques en jeu lors de la formation des lobules polaires. L’objectif est d’articuler deux aspects principaux :
1. WP5 – Modélisation mécano-chimique du cortex cellulaire :
Élaborer un modèle tridimensionnel couplant la dynamique biochimique des GTPases (Rho, Rac) à la mécanique active du cortex cellulaire. Ce modèle devra intégrer les flux de matière, la contractilité et les phénomènes de bifurcation spatiale donnant lieu à des domaines de faible tension responsables de l’extrusion du lobule polaire.
2. WP6 – Modélisation des flux cytoplasmiques et de la ségrégation des déterminants du destin cellulaire:
Étendre le modèle précédent en couplant dynamiquement la surface corticale avec le fluide cytoplasmique environnant. À l’aide de méthodes d’éléments finis non ajustés (unfitted FEM), il s’agira de prédire l’impact des flux cytoplasmiques sur la répartition spatiale de particules solides représentant des déterminants du destin cellulaire.
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Méthodologie:
• Développement de modèles en 3D basés sur des équations aux dérivées partielles (EDP) non linéaires couplant advection, diffusion, réaction chimique et mécanique de membrane.
• Implémentation numérique via la méthode des éléments finis sur surface implicite (trace-FEM et aggregated FEM).
• Calibrage des modèles par des données expérimentales provenant des WP3–4 (mesures de tension corticale, microscopie à feuillet lumineux, suivi des marqueurs moléculaires).
• Comparaison systématique des simulations avec les espèces spiraliens étudiées expérimentalement (ex. Ilyanassa, Chaetopterus).
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Profil recherché:
Le/la candidat·e devra avoir une solide formation en physique ou en mathématiques appliquées, avec un intérêt marqué pour la biologie cellulaire. Des compétences en :
• modélisation physique (mécanique des milieux continus, dynamique des fluides),
• éléments finis ou méthodes numériques similaires,
• programmation scientifique (Python, C++, Julia, FEniCS, FreeFem, GridAp ou équivalent),
seront fortement valorisées. Une sensibilité à l’interdisciplinarité et à la collaboration avec des biologistes est indispensable.

Contexte de travail

Ce projet de thèse s’inscrit dans le cadre d'une bourse internationale HFSP en collaboration avec les équipes de Vanessa Barone (Stanford University, USA) et Chema Martin-Duran (Queen Mary University London, UK) combinant la biologie évolutive, la mécanique cellulaire et la modélisation numérique afin de décrypter les mécanismes physico-chimiques responsables de la formation et du fonctionnement des lobules polaires.

Contraintes et risques

Travail à temps plein.
Pas de risque particulier identifié.