Télécharger le PDF

INP
L’Institut de Physique
du CNRS
Contacts INP
Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
[e-mail]
Actualités scientiques
Reconstruire automatiquement les phases précoces
du développement de l’embryon du poisson zébré.
Novembre 2010
Bien qu’il ait été l’objet de très nombreuses études, le développement précoce de l’embryon du poisson zébré Danio rerio, pris comme
modèle biologique, est encore mal compris. L’une des raisons tient aux techniques habituelles de microscopie qui ne permettent pas
d’appréhender de manière quantitative la liation des cellules au l des divisions cellulaires successives. En conjuguant les efforts
de biologistes, de physiciens, de mathématiciens et d’informaticiens, une collaboration franco-espagnole
vient de proposer une nouvelle stratégie d’imagerie permettant d’observer et de reconstruire en totalité
les étapes précoces du développement de l’embryon de poisson, sans avoir recours à un marquage
uorescent. Ce travail met en évidence la dynamique spatio-temporelle des divisions cellulaires et remet
en cause les descriptions classiques de cette étape de l’embryogénèse. Ces travaux sont publiés dans la
revue Science.
Pour ce travail interdisciplinaire, les biologistes de l’Institut de neurobiologie Alfred Fessard (CNRS UPR 3294) se sont associés aux
physiciens du Laboratoire d’optique et biosciences (UMR 7645 – CNRS / INSERM/ Ecole Polytechnique) an de mettre en œuvre une
nouvelle méthode d’observation reposant sur les propriétés optiques non linéaires
que présentent certaines structures cellulaires de manière intrinsèque. Eclairés par
un laser pulsé infrarouge (1200 nm), les fuseaux mitotiques, structures organisées
séparant les lots de chromosomes au cours de la division cellulaire, génèrent une
lumière rouge (600 nm) dont la fréquence est le double de la fréquence excitatrice.
Ce signal fournit un repère temporel précis pour le cycle cellulaire. Simultanément, la
membrane cellulaire et l’enveloppe du noyau génèrent une lumière bleue (400 nm)
de fréquence triple de l’infrarouge excitateur, ce qui permet de dénir précisément la
position et les frontières des cellules.
... / ...
Reconstruction du lignage cellulaire et déploiement spatio-temporel 2D
et 3D des 10 premiers cycles de division d’un embryon de poisson zébré.
Chaque cellule au stade 8-cellules est marquée par une couleur an de repérer sa
descendance dans cet embryon digital. © N. Olivier, M. Luengo-Oroz, L. Duloquin, et
al, Science 2010.
En savoir plus
Cell lineage reconstruction of early zebrash embryos using label-free nonlinear microscopy, N. Olivier1, M. A. Luengo-Oroz2, L. Duloquin3,
E. Faure4, T. Savy4, I. Veilleux1, X. Solinas1, D. Débarre1, P. Bourgine4,5, A. Santos2, N. Peyriéras3,6, E. Beaurepaire1,
Science, Vol. 329. no. 5994, pp. 967 - 971, 20 août 2010..
Contact chercheur
LOB : Emmanuel Beaurepaire , chercheur
N&D : Nadine Peyriéras, chercheuse
CREA : Paul Bourgine, chercheur
CIBER-BBN : Andres Santos, chercheur
Informations complémentaires
• 1Laboratoire d’optique et biosciences, (LOB), UMR 7645
CNRS - Ecole Polytechnique - INSERM
• 2Biomedical Image Technologies, Univ. Politécnica de Madrid, and Biomedical
Research Center in Bioengineering, Biomaterials, and Nanomedicine (CIBER-BBN),
Madrid, Spain.
• 3Neurobiologie et Développement (N&D), UPR 3294 et Institut de Neurobiologie
Alfred Fessard, CNRS
• 4Centre de Recherche en Epistémologie Appliquée, (CREA), UMR 7656
CNRS - Ecole Polytechnique
• 5Réseau National des Systèmes Complexes (RNSC)
• 6Institut des Systèmes Complexes

INP
L’Institut de Physique
du CNRS
Suivez l’actualité scientique de l’INP sur son site web, www.cnrs.fr/inp,
et abonnez-vous au l RSS
Actualités scientique
La combinaison de ces deux signaux et d’une séquence de balayage adaptée à la topographie sphérique de l’embryon ont conduit
à un signal homogène dans tout l’embryon. Les images obtenues ont permis aux mathématiciens appliqués de l’Univ. Politecnica de
Madrid de mesurer les positions, formes, volumes et contacts cellulaires et de reconstruire avec une précision jamais atteinte jusque-
là le lignage cellulaire de 6 embryons depuis leur première cellule jusqu’à 1000 cellules, soit le résultat de 10 divisions cellulaires
consécutives. Ces données ont ensuite été analysées avec les stratégies algorithmiques développées au Centre de Recherche en
Epistémologie Appliquée (UMR 7656 - CNRS / Ecole Polytechnique).
Les résultats de cette collaboration franco-espagnole donnent une description
phénoménologique précise. En particulier, ce travail démontre l’existence d’un
unique régime dynamique de régulation de la prolifération cellulaire dans tout
l’embryon où l’asynchronie et l’asymétrie sont la règle. La comparaison de 6
embryons différents a en outre permis de calculer un modèle prototypique de
l’arbre du lignage cellulaire. Cette description quantitative nouvelle servira de
référence dans le domaine.
Embryon de poisson zébré après 4 heures de développement observé
simultanément en microscopie par génération de second harmonique
(SHG, panneau du haut, en vert) et en microscopie par génération de
troisième harmonique (THG, panneau du bas, en bleu).
L’image SHG révèle les fuseaux mitotiques et donc les cellules en division. L’image
THG révèle la morphologie du tissu cellulaire et du vitellus. Données brutes, barre
d’échelle : 100 µm. © N. Olivier, M. Luengo-Oroz, L. Duloquin, et al, Science
2010..