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INP L’Institut de Physique du CNRS Actualités scientifiques 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 filiation des cellules au fil 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 fluorescent. 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) afin 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 définir 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 afin 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 zebrafish 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 Informations complémentaires LOB : Emmanuel Beaurepaire , chercheur N&D : Nadine Peyriéras, chercheuse CREA : Paul Bourgine, chercheur CIBER-BBN : Andres Santos, chercheur • 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 Contacts INP Jean-Michel Courty, Catherine Dematteis, Karine Penalba, [email protected] INP L’Institut de Physique du CNRS Actualités scientifique 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 jusquelà 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.. Suivez l’actualité scientifique de l’INP sur son site web, www.cnrs.fr/inp, et abonnez-vous au fil RSS
