Soutenance de thèse

Titre : Expériences et simulations pour comprendre l’écoulement piloté par les cils et leur rôle protecteur sur les embryons de Xenopus

Résumé :

Les cils sont de petits appendices ressemblant à des cheveux que l’on trouve sur les cellules multiciliées (MCC) de nombreux épithéliums de systèmes vivants, des micro-organismes aux organes des mammifères. Leur battement synchronisé sur de grandes échelles spatiales est essentiel pour des fonctions critiques telles que la nage chez les micro-organismes, la circulation du liquide céphalo-rachidien dans le cerveau et l’élimination du mucus dans les voies respiratoires. La surface de l’embryon de grenouille Xenopus laevis présente aussi des MCC, réparties spatialement de manière régulière, qui disparaissent ensuite lorsque l’embryon atteint le stade de la maturité. Au début du développement de l’embryon, on pense que le flux généré par les cils est essentiel pour les échanges gazeux respiratoires. Cependant, la présence continue des cils après ces étapes suggère qu’ils peuvent avoir d’autres fonctions, telles que l’élimination des agents pathogènes. Nous avons émis l’hypothèse que la répartition spatiale régulière des MCC observée sur l’épithélium pourrait être optimisée pour l’élimination des agents pathogènes.

Pour étudier cette hypothèse, nous avons combiné des techniques biologiques expérimentales : modification de la distribution spatiale des MCC induite par une drogue, développement d’une culture d’explants ex-vivo, microscopie optique et de fluorescence, vidéomicroscopie, vélocimétrie par image de particules, traitement et analyse d’images, et simulations basées sur un modèle numérique 3D utilisant la méthode de Lattice Boltzmann. Nous avons caractérisé la répartition spatiale des MCC à la surface des embryons et des explants et mesuré les écoulements 3D sur les explants avec différentes distributions spatiales du MCC. Nous avons validé le code numérique en comparant les écoulements générés par les cils calculés avec ceux mesurés expérimentalement sur les explants. Enfin, nous avons calculé numériquement les écoulements générés par les cils sur les flancs des embryons et étudié le rôle de différentes répartitions spatiales et densités de MCC sur les infections bactériennes. Nous avons montré que les écoulements générés par les cils protègent efficacement les flancs des embryons des infections bactériennes, indépendamment des modifications de la répartition spatiale des cils. Les bactéries ne peuvent accéder à l’épithélium que si de larges zones sont dépourvues de cellules ciliées. Cela suggère que la répartition régulière des MCC sur l’épithélium n’est pas directement liée à la clairance des pathogènes.

Membres du jury :