0.2 Mécanique des jonctions cellulaires

AIX-MARSEILLE UNIVERSITE
ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA VIE ET DE
LA SANTE
THESE
en vue d’obtenir le titre de
Docteur en Sciences
d’Aix-Marseille Université
Spécialité : Biophysique
Présentée et soutenue le 31 mai 2013 par
Olivier BLANC
Mesure in vivo de la mécanique
cellulaire lors de la morphogénèse
d’un tissu
Thèse dirigée par Pierre-François Lenne
préparée à l’Institut de Biologie du Développement de Marseille
Luminy (Marseille)
Jury :
Rapporteurs : Hélène Delanoë-Ayari
François Graner
Directeur : Pierre-François Lenne
Examinateurs : Maïté Coppey-Moisans
Julien Royet

ii

Table des matières
I Contexte et Objectifs 1
0.1 Mécanique de la morphogénèse tissulaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
0.1.1 Morphogénèse épithéliale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
0.2 Mécanique des jonctions cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
0.2.1 Origine moléculaire des forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
0.2.2 Mécanique des jonctions cellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
0.3 Objectifs..................................... 12
II Méthodologie 13
1 Méthodologies et approches existantes 15
1.1 Méthodologies quantitatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.1 Parcontactdirect. ........................... 15
1.1.2 Méthodes intracellulaires passives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.1.3 Méthodes actives sans contact mécanique. . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2 Approchesinvivo................................ 18
1.2.1 Ablationlaser.............................. 18
1.2.2 Méthodes d’inférences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Mesures micro-rhéologiques in-vivo 21
2.1 Utilisation d’une pince magnétique ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Imagerie microscopique de l’embryon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.1 Préparation de l’échantillon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.2 Considérations opto-mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3 Contraintes optiques de l’embryon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.4 Sondesmécaniques............................ 26
2.3 Cahierdescharges ............................... 33
3 Dispositif expérimental 35
3.1 Montageoptique ................................ 35
3.1.1 Mode d’illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.2 Détection à deux caméras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.3 Contrôle et acquisition des données brutes. . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.4 Contrôle de la pince optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.5 Pré-traitement des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
i

ii TABLE DES MATIÈRES
3.2 Suivideparticules ............................... 46
3.2.1 Diffusion et propriétés mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.2 Déplacement carré moyen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.3 Différenciation des types de mouvements . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.4 Calibration ............................... 55
3.2.5 Protocole d’acquisition et d’analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3 Pinceoptique .................................. 58
3.3.1 Principe................................. 58
3.3.2 Photo-toxicité et échauffement local . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3.3 Détecteur de position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3.4 Calibration de la pince optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.3.5 Pince optique : bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
III Résultats et discussion 73
4 Suivi de Particules 75
4.1 Paramètres Généraux d’acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2 Différents types de mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.3 Mesuresdeviscosités.............................. 77
4.4 Discussion.................................... 79
5 Expériences de pinces optiques in vivo 85
5.1 Mesure de la rigidité des jonctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.2 Mesures des tensions jonctionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.3 Propagation d’une déformation locale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3.1 Détection synchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.3.2 Application et mesures in vivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6 Conclusions et perspectives 107
6.1 Suivideparticules ...............................108
6.1.1 Améliorations techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.1.2 Mécanique et organisation du cytosquelette . . . . . . . . . . . . . . 109
6.2 Pincesoptiques .................................110
6.2.1 Aspects techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.3 Applications aux mesures des propriétés mécaniques . . . . . . . . . . . . . 112