Description du sujet de thèse

Etude comparée de la migration de cellules immunitaires et neuronales par des approches avancées de microingénierie et d’optique

La migration et le guidage de cellules individuelles sont essentiels au développement du système neuronal et au fonctionnement homéostatique du système immunitaire des organismes complexes. Les mécanismes de base de ces fonctions gardent de nombreuses zones d’ombre du fait de la diversité des systèmes cellulaires et des stimuli environnementaux. L’ambition de ce projet est de développer de nouvelles approches avancées de biophysique réductionniste pour déchiffrer certains mécanismes fondamentaux. Concernant la propulsion, le rôle direct d’un recyclage lipidique membranaire a été largement abandonné au profit du rôle primordial du mouvement rétrograde du cytosquelette d’actine [1]. Cependant, un modèle de propulsion natatoire des globules blancs par pagayage moléculaire a récemment remis en avant un rôle essentiel dans la propulsion du trafic intra-cellulaire de vésicules [2,3]. Nous utiliserons des techniques de micromanipulation et de vidéo-microscopie tridimensionnelle rapide (ISM 3D rapide) en condition live à l’échelle de la cellule unique pour quantifier la contribution des différents mécanismes de propulsion amiboïdes de la littérature (force générée, dynamique de la machinerie moléculaire). Concernant le guidage, le déchiffrement de chimiotaxie nécessite un contrôle précis du milieu extérieur (géométrie et concentration des motifs moléculaires imprimés/diffusifs) et de microscopie à l’échelle subcellulaire/moléculaire pour détecter les cascades de signalisations biochimiques internes et la dynamique des protéines/organelles d’intérêt. Nous nous intéresserons au guidage par des signaux de surface (haptotaxie [4]) avec de l’impression moléculaire quantitative de plusieurs protéines à haute résolution (micron) [5] couplée à divers modes de microscopie (TIRF, FRAP, ISM, Wet-SEEC). L’association du LAI et de l’IINS permettra des analyses comparatives sur divers types cellulaires appartenant aux systèmes immunitaire (lymphocytes, neurones, macrophages) et neuronal (astrocytes, neurones, microglies). Ces cellules partagent de fortes similarités migratoires (lamellipodes ou cône de croissance), et elles sont guidées à la fois par les cytokines du système immunitaires et les neurotransmetteurs du système nerveux. Les mécanismes de propulsion/guidage récemment mis en évidence par chaque équipe sont potentiellement généralisables d’un système à l’autre.

Contexte de travail

La thèse est financée par le programme 80|PRIME 2025 du CNRS (MITI Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires ) qui soutient des projets alliant 2 laboratoires aux compétences complémentaires. La thèse sera encadrée par une unité à Marseille dépendant de CNRS Physique (Laboratoire adhésion et Inflammation, LAI) et une équipe d'un laboratoire bordelais de CNRS Biologie (Institut interdisciplinaire de neurosciences, IINS). Le/la candidat(e) sera principalement basé à Marseille (inscription à l'école doctorale d'Aix-Marseille université) mais fera des missions nombreuses à Bordeaux.Les tuteurs seront O Theodoly à Marseille et Vincent Studer à Bordeaux.
Le caractère interdisciplinaire du projet est marqué. Les 2 équipes porteuses sont spécialisées en biophysique (physico-chimie, optique, micro-ingénirie, mécanique) et sont immergées dans des laboratoires avec des visées en biologie fondamentale et en médecine. Ce projet expérimental inclut des techniques de pointe à la fois en biologie (cellules issues de lignées pluripotentes humaines et souris transgéniques, édition génique de cellules primaires par CRISPR/CAS9, tri et analyse fine de sous-types cellulaires) et en biophysique (microscopie avancée, micromanipulation, microimpression, contrôle des forces/géométries/rigidités/diffusion).

Contraintes et risques

Le/la doctorant(e) travaillera avec les 2 équipes. Les technologies seront développées en partenariat sur les 2 sites. Comme certains modèles biologiques ne sont pas facilement transportables, des expérimentations devront être réalisées soit à Bordeaux sur les cellules du système nerveux, soit à Marseille sur les cellules du système immunitaire.