Academic literature on the topic 'Régulation spatio-temporelle'

Les récepteurs membranaires contrôlent les mécanismes essentiels tels que la croissance, l’adhésion, la différenciation et le métabolisme cellulaires via l’activation de voies de signalisation spécifiques. Il apparaît désormais que ces récepteurs ne signalent pas seulement depuis la surface des cellules, mais également, depuis des compartiments intracellulaires, en particulier les endosomes, seulement après avoir été internalisés avec leurs ligands via des voies d’endocytose différentes. Cette synthèse illustre comment une telle compartimentation spatio-temporelle de la transduction du signal permet un degré supplémentaire de régulation des processus cellulaires engagés.

La reprogrammation métabolique est l’un des marqueurs de la carcinogenèse. Au cœur de cette reprogrammation se trouvent les mitochondries qui produisent l’énergie sous forme de molécules d’ATP. La régulation spatio-temporelle de la production d’ATP, indispensable pour fournir l’énergie au bon endroit et au bon moment, est assurée par le transport intracellulaire des mitochondries. Les complexes Miro/TRAK présents à la surface des mitochondries se lient aux protéines motrices de la cellule (dynéine, kinésine, myosine) pour transporter les mitochondries le long du cytosquelette. Ces acteurs du transport mitochondrial sont souvent dérégulés dans le cancer. Nous présentons dans cette revue les mécanismes par lesquels le transport mitochondrial contribue à la migration, à la division cellulaire et à la réponse au stress des cellules cancéreuses. Décrypter ces mécanismes pourrait ouvrir la voie à de nouvelles approches thérapeutiques en oncologie.

Le groupe "Ingestion" du Département Elevage et Nutrition des Animaux contribue, par des échanges interdisciplinaires, à une meilleure compréhension des facteurs de variation de la consommation alimentaire et à favoriser le développement de nouvelles méthodes de mesures qui puissent être appliquées à différents types d’élevages. La palatabilité d’un aliment, analysée dans le dossier précédent (INRA Prod. Anim., 9, 337-366) dépend pour une large mesure de l’expérience alimentaire d’un animal. La mesure de la palatabilité pendant des tests de courte durée ne permet donc que difficilement de caractériser l’ingestibilité d’un aliment chez les animaux mono ou polygastriques. Une prévision intégrée de la consommation peut être obtenue grâce à un modèle global comme celui proposé par Sauvant et al (réunion du groupe ingestion du 9-10-95). Au coeur de ce modèle, la bouchée (ou la becquée) représente l’acte élémentaire conduisant à l’ingestion. De durée comparable chez l’herbivore ruminant et chez le poulet granivore, il est le premier contact physique entre l’animal et l’aliment. A ce titre, il est apparu important au groupe "Ingestion" de dresser un état des connaissances sur cet acte central de la prise alimentaire. Les organes qui permettent aux animaux de reconnaître et saisir de la nourriture sont adaptés depuis des millions d’années à des conditions environnementales complexes. "La connaissance de la nutrition peut masquer le fait que les animaux sont des nutritionnistes depuis que la première cellule assimila des nutriments et se reproduisit à la fin du précambrien, il y a quelques milliards d’années et que les herbivores paissent efficacement depuis 65 millions d’années sans l’assistance des hommes." (Provenza 1995 in: Ruminant Physiology, F. Enke Verlag (ed), Stuttgart (Deu), 233-247). Les conditions d’élevage placent aujourd’hui l’animal dans des situations différentes selon le type de production. Dans ce dossier deux situations opposées sont décrites. Les conditions hétérogènes du parcours étudiées par Michel Meuret imposent une gestion spatio-temporelle optimale des ressources disponibles. A l’autre extrême les volailles reçoivent un aliment unique dans un environnement simplifié analysé par Michel Picard et al. Entre ces deux situations il existe une communauté d’approche méthodologique que Sophie Prache et Jean-Louis Peyraud illustrent en analysant d’abord la préhension de l’herbe par les ruminants. Au-delà des mécanismes physiologiques de régulation et malgré les particularités de chacune des espèces animales, ces articles montrent qu’il est important de ne pas négliger les aspects de structure et de spatialisation des aliments dans le déterminisme de la prise alimentaire.

Cette thèse regroupe plusieurs études concernant certains aspects du développement et de la différenciation cellulaire. Une première partie présente un algorithme bioinformatique que nous avons développé au cours de la thèse, permettant d'étudier les séquences du génome responsables de l'expression spécifique des gènes dans les différents tissus d'un organisme. L'algorithme extrait les éléments essentiels et une partie de la syntaxe des séquences cis -régulatrices. Nous exposons une application à la spécification des précurseurs des soies sensorielles de Drosophila melanogaster. Une deuxième partie consiste en l'étude théorique de la structure des réseaux d'interactions entre gènes et protéines conduisant à la spécification des destinées cellulaires. Nous utilisons une méthode d'évolution in silico pour construire des réseaux génétiques, nécessitant ou non la communication cellulaire, capable d'imiter la différenciation cellulaire. Les phénomènes sous-jacents sont responsables de l'établissement et de la maintenance des fonctions spécialisées des cellules. Enfin, dans une troisième partie, nous proposons un modèle de régulation mécanique de la croissance, susceptible d'expliquer plusieurs observations étonnantes de la formation des organes. En particulier, nous modélisons la prolifération des cellules formant les ailes de Drosophila melanogaster et proposons un mécanisme d'uniformisation du taux de croissance des tissus
This thesis presents a series of works dealing with some aspects of development and cellular differentiation. The first part exposes a bioinformatics algorithm, that we have developed, allowing to study the sequences from the genome responsible for the specific expression of genes in the various tissues constituting an organism. It aims at extracting the key components and some syntax of the cis-regulatory sequences. We present its application to the specification of sensory organ precursors in Drosophila melanogaster. A second part consists in the theoretical study of the structure of the networks of interactions between genes and proteins leading to cell fate specification. We have used a method of evolution in silico, to build genetic networks, needing or not cell-cell communication, mimicking cell differentiation. The underlying phenomena are responsible for the settlement and maintenance of the specialized functions of cells. Finally, in a third part, we propose a model of mechanical control of growth, likely to explain several surprising observation in the formation of organs. In particular, we have modeled the proliferation of cells constituting the Drosophila melanogaster wings and propose a mechanism which make the tissue growth rate uniform

Les extrémités des chromosomes portent des structures nommées télomères, nécessaires à la survie des cellules. La sénescence réplicative induite par l’altération des télomères bloque les proliférations cellulaires excessives. Cependant, certaines cellules échappent à ce contrôle et deviennent immortelles. Je me suis intéressée aux mécanismes permettant de reconstituer des télomères fonctionnels par recombinaison chez la levure. Le noyau est divisé en sous-compartiments plus ou moins permissifs pour la recombinaison. J’ai étudié comment la localisation des télomères dysfonctionnels aux pores nucléaires (NPC) conditionne leur réparation et la prolifération des cellules. J’ai montré que les lésions réplicatives au télomères sont relocalisées aux NPC ce qui favorise leur réparation par un mécanisme conservatif. J’ai aussi montré la présence aux NPC de cercles d’ADN télomérique qui pourraient servir de matrice pour allonger les télomères et sortir de la sénescence réplicative
Chromosome ends are formed by structures called telomeres, which are necessary for genome integrity and cell survival. Upon aberrant proliferation, as in precancerous cells, telomere alterations blocks cell proliferation, a mechanism called replicative senescence. However, some cells escape this control and become immortals. Using budding yeast as model, my work aimed to understand the mechanisms that allow cells to reconstitute functional telomeres using homologous recombination. The nucleus is divided in sub-compartments that are differently permissive for recombination. I investigated how the localization of dysfunctional telomeres to the nuclear pore complex (NPC) determines their repair and favors cell proliferation. I showed that replicative lesions at telomeres relocate to the NPC allowing conservative repair by recombination. I further shed light on the presence at NPC of telomeric DNA circles that may serve as template for telomere elongation and thus escape from senescence

Les épithéliums agissent comme des barrières physiques et chimiques vitales pour l’organisme. Les fonctions épithéliales reposent sur la cohésion des cellules assurée par les jonctions serrées et adhérentes qui sont connectées au réseau d’acto-myosine. Pendant le développement et la vie adulte, les épithélia se développent ou se régénèrent grâce à la division cellulaire. Durant la division, les cellules épithéliales opèrent des changements importants de leurs formes sans que l’intégrité de l’épithélium soit altérée. Pendant la division, les forces de tensions appliquées sur la jonction adhérente et la force produite par l’anneau de cytodiérèse s’opposent ce qui contribue au maintien de l’intégrité de l’épithélium. Cependant les mécanismes impliqués dans la régulation des forces mises en jeu pendant la division cellulaire sont mal connus. Mon projet de thèse a été de caractériser la cytodiérèse des cellules épithéliales de vertébrés en utilisant l’embryon de Xenopus laevis comme modèle d’étude in situ. Dans la première partie de ce travail, nous avons montré qu’un espace se forme de façon transitoire entre les deux cellules filles pendant la division. Cet espace est intimement lié à l’anneau de cytodiérèse. Dans la seconde partie, nous avons caractérisé l’implication de la jonction serrée pendant la division cellulaire. Nos résultats montrent que la protéine de structure ZO-1 et la protéine régulatrice GEF-H1 associées à cette jonction, régulent négativement les tensions appliquées sur la jonction adhérente. Le rôle actif de la jonction serrée dans cette régulation est supporté par l’activation de la voie de signalisation Rho/RockII/myosine et la régulation par GEF-H1 du trafic membranaire via le complexe exocyste. Grâce à un biosenseur de tension, nous avons montré que la force appliquée sur la jonction adhérente augmente dans les embryons déplétés de ZO-1 et GEF-H1. Cette augmentation des tensions induit le ralentissement de la division et la déformation de l’anneau contractile. Enfin, nos résultats suggèrent que GEF-H1 contrôlerait localement les tensions au site de division. Dans la dernière partie, nous avons étudié la formation et l’activation de l’anneau d’acto-myosine. Nos résultats non publiés montrent que le recrutement de plusieurs protéines de l’anneau commence en apical et progresse le long de la membrane latérale. Nous nous intéressons à présent à l’étude du rôle des jonctions apicales dans ce recrutement
Epithelia act as mechanical and chemical barriers essential to the body. Those functions rely on the cohesion of cells by tight and adherens junctions, which are linked to the actomyosin network. During development and adult life, epithelia develop or regenerate through cell division. During division, epithelial cells undergo important cell shape remodeling without altering the epithelium integrity. During cell division, mechanical forces applied to the adherens junctions and forces produced by the contractile ring are opposed, contributing to the maintenance of the epithelium integrity. However, the mechanisms involved in the regulation of the forces involved during cell division are poorly understood. The aim of my thesis project was to characterize cytokinesis in vertebrate epithelial cells using the Xenopus laevis embryo as an in situ model. In the first part of this manuscript, we described in vivo a space transiently forms between the two daughter cells during cell division. This space is intimately linked to the cytokinetic ring. In the second part, we have deciphered the role of tight junctions on cytokinesis. Our results show that the scaffold protein ZO-1 and the regulatory protein GEF-H1, which is associated to tight junctions, negatively regulate global tension applied to adherens junctions. The active role of tight junctions in regulating adherens junction is supported by the finding that GEF-H1 acts by activating the Rho/RockII/myosin pathway and by regulating membrane trafficking via the exocyst complex. The increase tension observed in ZO-1 and GEF-H1 depleted cells is correlated with defect in cytokinesis duration and contractile ring shape during cytokinesis. Finally, our results suggest that GEF-H1 can locally control tensions at division site. In the last part, we have studied contractile ring formation and activation. Our results show that recruitment of contractile ring proteins begins apically and progresses along the lateral membrane. We are now studying the role of apical junctions in this recruitment

This study deals with the organisation of collective movements in ants in presence of environmental heterogeneities, particularly in situations involving crowding. We chose two species of ants, characterised by different degrees of polymorphism, as well as by their mode of food transport. Our aim is to identify the link between the behavioural rules observed at the scale of the individual and the spatio-temporal organisation observed at the scale of the group. Ndependently of the species, we found that the regulation of traffic in crowding situations depends both on interattraction processes, via the communication through the chemical trail, and on dispersion phenomena. These latter vary as a function of the size of the individuals and of the task they achieve, but give rise to comparable organisations in the two species studied. The originality of this work lies in the fact that it shows that the mechanisms of dispersion allowing the regulation of the traffic and the prevention of crowding are a by-product of the interattraction processes.

La régulation de la spermatogenèse repose sur l’action coordonnée de facteurs paracrines aux profils d’expression délimités dans l’espace et le temps. Pour mieux comprendre les mécanismes responsables de la spécificité cellulaire d'expression de gènes d’intérêt dans la gonade mâle, nous avons mis en œuvre une approche fonctionnelle d’activité promotrice in vivo par transgenèse. Les régions 5’ flanquantes de 2 kb de gènes exprimés spécifiquement dans la gonade ont été clonées à partir du génome du zebrafish (Danio rerio) et insérées en amont du gène rapporteur GFP (green fluorescent protein). Les lignées transgéniques obtenues montrent que les promoteurs proximaux des gènes gsdf (gonadal soma derived factor), fshr (follicle stimulating hormone receptor) et amhrII (anti-Müllerian hormone receptor II) sont suffisants pour cibler une expression forte du transgène dans les cellules de Sertoli. De même, les promoteurs des gènes vasa et sycp1 (synaptonemal complex protein 1) suffisent pour cibler les cellules germinales. L’analyse in silico des promoteurs proximaux des gènes sertoliens testés révèle des motifs conservés au cours de l’évolution et parfois partagés entre ces gènes. Cependant, ces promoteurs placés dans un contexte hétérologue, chez le médaka (Oryzias latipes), ne génèrent pas d’expression efficace du transgène. Les interactions entre les éléments de régulation trans et/ou cis pourraient donc ne pas être conservées chez les téléostéens. Outre l’intérêt de ces travaux pour l’étude de la régulation des gènes dans la gonade, les lignées transgéniques exprimant la GFP sont des modèles uniques pour le suivi et la caractérisation de lignages cellulaires dans la gonade
Regulation of spermatogenesis relies on the coordinated action of paracrine factors showing distinct and highly restricted spatio-temporal expression patterns. In order to better understand the mechanisms responsible for cell-specific gene expression in the male gonad, we have carried out a functional approach to assess promoter activity in vivo by transgenesis. The 2kb-long 5’ flanking regions of genes specifically expressed in the gonad were cloned from zebrafish (Danio rerio) genome and inserted upstream the GFP (green fluorescent protein) reporter gene. Transgenic zebrafish lines were produced and we showed that the proximal promoters of gsdf (gonadal soma derived factor), fshr (follicle stimulating hormone receptor) and amhrII (anti-Müllerian hormone receptor II) were sufficient to target high expression levels of the transgene in Sertoli cells. Similarly, the promoters of vasa and sycp1 (synaptonemal complex protein 1) genes were sufficient to target distinct germ cell populations. In silico analysis of Sertoli-specific proximal promoters revealed evolutionarily conserved cis DNA motifs, some of them being shared between promoters. However, when these promoters were placed in a heterologous context, in medaka (Oryzias latipes), they did not generate an efficient expression of the transgene. This suggests that the interactions between trans and/or cis regulatory elements could not be conserved in Teleost. Endly, the GFP expressing transgenic lines will be valuable models to follow and characterize gonadal cell lineages

Orchestia cavimana (Heller) est un crustacé amphipode terrestre de la famille des talitrides. Comme chez la plupart des crustacés il achève et durcit sa cuticule par calcification. Pour cela cet animal stocke une partie du calcium nécessaire au niveau de deux diverticules de l'intestin moyen appelés caecums postérieurs. Ce stockage s'effectue sous forme de concrétions calcaires constituées de carbonate de calcium précipité au sein d'une matrice organique essentiellement protéique. Afin d'étudier la régulation hormonale du processus de stockage calcique d'O. Cavimana, nous nous sommes intéressés aux protéines de l'épithélium caecal constituant la matrice des concrétions en vue de disposer de marqueurs moléculaires stades-spécifiques. Ainsi nous avons caractérisé un polypeptide spécifique de la matrice organique des concrétions, de pI acide, non glucosylé, phosphoryle et fixant spécifiquement le calcium. Ce polypeptide d'une masse moléculaire estimée par électrophorèse a 23 kDa a été nommé OCaBP23. La séquence peptidique primaire de cette calciprotéine déduite de l’ADNc révèle une forte proportion des acides aminés, acide aspartique et acide glutamique mais aussi de sérines dont pratiquement la moitié est potentiellement phosphorylée. La disposition de ces acides aminés laisse à penser que cette protéine est directement impliquée dans la précipitation des sels calciques et dans l'élaboration des concrétions. L'étude de l'expression spatio-temporelle a révélé que le gène codant cette protéine n'est exprimé qu'au niveau de l'épithélium des caecums postérieurs, durant la période préexuviale a un taux de plus en plus élevé jusqu'à l'exuviation et de manière moins intense durant la période postexuviale. L'étude préliminaire de l'effet d'hormones sur le taux de transcription du gène codant OCaBP23 a montré que le taux d'expression de ce gène est sensible a au moins deux hormones, la 20-hydroxyecdysone et la calcitonine.

Le sommeil est un état essentiel chez les animaux qui est caractérisé par l'immobilité, ses oscillations cérébrales et sa régulation homéostatique. Les rythmes lents de la phase de sommeil NREM constituent un marqueur fort de cette homéostasie et de la pression de sommeil. Plusieurs termes et plusieurs méthodes sont utilisés pour définir et détecter ces rythmes lents, néanmoins ils sont tous censés être associés à l'occurrence d'un état DOWN des neurones corticaux. Les différentes méthodes de détection sont évaluées et comparées dans un premier temps. Les stimuli auditifs, en excitant les neurones corticaux, sont capables d’induire ou de détruire des rythmes lents : au moyen d'une interface cerveau machine chez la souris, le processus de stimulation est analysé dans un second temps pour en comprendre les mécanismes et les effets. Ensuite, une nouvelle approche est proposée pour mieux comprendre le lien entre les régulations spatiales et temporelles des rythmes lents : l'homéostasie des phénomènes tels que les ondes lentes ou les ondes deltas pourraient s'expliquer par leurs évolutions spatiales. Enfin, une dernière partie s'intéresse à l'évolution de la dynamique des rythmes lents avec l'âge chez l'humain. Grâce à une base de données de centaines d'utilisateurs d'un bandeau de sommeil connecté, l'analyse des données électrophysiologiques permet de voir un déclin de plusieurs indicateurs liés au sommeil NREM avec l'âge. Cette thèse apporte donc de nouveaux éléments de compréhension des rythmes lents et de leur régulation chez le rongeur et chez l'humain
Sleep is an essential state in animals that is characterized by immobility, brain oscillations and homeostatic regulation. The slow rhythms of the NREM sleep phase are a strong marker of this homeostasis and sleep pressure. Several terms and methods are used to define and detect these slow rhythms, however, they are all supposed to be associated with the occurrence of a DOWN state of cortical neurons. The different detection methods are first evaluated and compared. Auditory stimuli, by exciting cortical neurons, are able to induce or destroy slow rhythms: by means of a brain-machine interface in mice, the stimulation process is then analysed to understand its mechanisms and effects. Then, a new approach is proposed to better understand the link between the spatial and temporal regulations of slow rhythms: the observed homeostasis of phenomena such as slow waves or delta waves could be explained by their spatial evolution. A final part focuses on the evolution of the dynamics of slow rhythms with ageing in humans. Using a database of hundreds of EEG device users, the analysis of large-scale electrophysiological sleep data shows a decline in several NREM sleep indicators with age. This thesis therefore provides new insights into the understanding of slow rhythms and their regulation in rodents and humans

Cette thèse s’intéresse aux mécanismes permettant d’expliquer plusieurs des fonctions de l’homéogène Otx2 au cours du développement. Une première partie étudie l’importance de la régulation de son expression dans la régionalisation du système nerveux central. A la fin de la gastrulation la frontière d’expression postérieure d’Otx2 déterminera la position de l’organiseur isthmique responsable de l’induction du mésencéphale et du métencéphale. Un modèle murin a été mis au point dans lequel cette frontière est abolie au profit d’une présence uniforme du gène. A l’encontre du modèle actuel, l’isthme est alors correctement induit, et est de plus déplacé antérieurement, signe qu’un seuil net de concentration d’Otx2 est nécessaire à sa fonction régionalisante. Une seconde partie étudie l’importance du contexte cellulaire dans les modalités d’action d’Otx2 au niveau de la rétine adulte. Otx2 est exprimé dans les deux tissus qui composent cet organe, la neurorétine et le RPE. Une étude par ChIP-seq dans ces deux tissus a pu montrer que l’homéogène y occupait des sites de fixation très différents, suggérant des fonctions distinctes. L’écrasante majorité des sites occupés par Otx2 dans la neurorétine l’était également par son paralogue Crx, indice d’une redondance fonctionnelle. Une nouvelle lignée de souris a permis l’analyse des partenaires protéiques d’Otx2 dans la neurorétine, et pu démontrer qu’Otx2 ne formait pas d’interactions avec les autres facteurs de ce tissu, faisant en fait de Crx l’acteur principal de la famille Otx. Cette analyse a également dévoilé une série de partenaires jusque-là inconnus d’Otx2, potentiellement associée à de nouvelles fonctions de la protéine
The molecular mechanisms explaining several functions of the homeogene Otx2 during embryonic development are the focus of this work. In a first part the importance of the regulation of its expression in the regionalisation of the central nervous system is studied. At the end of gastrulation the posterior border of Otx2 expression will position the isthmic organizer responsible for the induction of the midbrain and hindbrain. A mouse model was developed where this border is replaced by an ubiquitous expression of the gene. Contrary to the predictions of the current model, the organizer then correctly arises, and is shifted anteriorly. A concentration threshold of Otx2 thus appears necessary to its regionalising function. In a second part the importance of the cellular context in Otx2 function in the adult retina is examined. Otx2 is expressed in both tissues of this organ, the neural retina and RPE. A ChIP-seq analysis performed on both tissues revealed that this homeogene occupies very different sets of binding sites, which suggests distinct functions of the transcription factor. Most Otx2-bound sites in the neural retina were also bound by its paralogue Crx, with which a functional redundancy may therefore exist. A new mouse line finally allowed the study of the complete Otx2 interactome in the neural retina; this analysis showed that Otx2 does not interact with other important transcription factors of this tissue, and that Crx may therefore be the main actor of the Otx family in neural retina function. It also led to the discovery of a series of previously unknown partners of Otx2, which could be associated to new functions of this homeogene

Les fluctuations climatiques et les variations associées de la disponibilité des ressources alimentaires sont des facteurs majeurs de la régulation des populations de grands mammifères herbivores. En milieu tropical l’eau de surface est une ressource contraignant la distribution des individus, mais son rôle dans la régulation des populations a été peu étudié. Ce travail apporte une contribution à travers l’étude de l’effet des fluctuations climatiques sur la variabilité des ressources et sur la dynamique spatiale et temporelle de la population d’éléphants d’Afrique du parc national de Hwange, Zimbabwe. Après une phase de croissance suite à l’arrêt en 1986 d’abattages massifs de régulation, la population a fluctué de manière densité dépendante en interaction avec le climat. Si la zone d’alimentation des individus est contrainte par la distance à l’eau, l’effet des fluctuations climatiques sur la disponibilité des ressources alimentaires de la population se fait principalement à travers une variation de la disponibilité en eau de surface. Lors d’années sèches le nombre de points d’eau actifs en saison sèche décroît, le nombre d’éléphants à ces points d’eau augmente, et les éléphants se distribuent alors de manière moins agrégée, suggérant un coût associé aux concentrations d’éléphants aux points d’eau. Sur le long terme la population n’a augmenté qu’aux points d’eau les moins occupés. Les possibles mécanismes de compétition intraspécifique, et leurs applications aux autres grands herbivores, sont discutés.