L’organisation spatiale d’une cellule est sous-jacente à de nombreux processus biologiques, depuis la division ou la migration d’une cellule, jusqu’au développement d’un embryon ou l’architecture de nos tissus. Des défauts d’organisation spatiale sont fréquemment associés à des maladies développementales ou à l’émergence de cancers.

Notre équipe cherche à comprendre les mécanismes fondamentaux de l’organisation cellulaire : Comment une cellule détermine-t-elle sa forme ? Comment sent-elle sa forme ou sa taille ? Comment ces propriétés géométriques contribuent-elles à la division ou la croissance d’une cellule, d’un embryon ou d’un tissue ?

Pour répondre à ces questions, nous inventons et intégrons des outils issus de la physique et de l’ingénierie, telles que la microfabrication, l’imagerie quantitative et les modèles mathématiques, avec des méthodes plus traditionnelles de génétique et de biochimie. Notre but est d’obtenir des informations quantitatives et moléculaires sur les processus morphogénétiques et de définir les principes généraux régissant ces processus chez les organismes mono- et multi-cellulaires.

 

Les cellules ont des formes et des tailles stéréotypées, souvent associées à leur fonction. Les neurones grandissent avec des morphologies très allongées pour construire un réseau neuronal, tandis que les globules rouges sont petits et déformables pour pouvoir s’écouler dans nos vaisseaux sanguins. Les questions qui fascinent notre équipe sont de comprendre comment les cellules définissent leur forme particulière, et comment les informations de la géométrie cellulaire peuvent être véhiculées dans la fonction cellulaire ou dans l’organisation de l’intérieur de la cellule? Pour répondre à ces questions fondamentales, nous intégrons des méthodes originales à la frontière entre la biologie moléculaire, la génétique et la physique et les mathématiques. L’un de nos objectifs ultimes est de capturer le comportement biologique et la morphogénèse avec des modèles mathématiques. Notre recherche est articulée autour de deux axes principaux :

 

1-      POSITIONNEMENT DU PLAN DE DIVISION.

Le bon positionnement du site de division cellulaire est crucial non seulement pour la survie de toutes les cellules, mais aussi pour le développement de tissus multicellulaires. Notre laboratoire est fasciné par le processus d’embryogenèse précoce au cours duquel l’ovule est fécondé et suit une chorégraphie stéréotypée de divisions successives, appelées patrons de clivage. Notre objectif est de comprendre, prédire et établir des lois quantitatives qui expliquent les géométries des divisions cellulaires chez les embryons précoces. Pour cela, nous combinons des approches de modélisation mathématique, d’imagerie et de biophysique (Figure 1). Notamment, nous avons des méthodes permettant de contrôler la position et l’orientation du plan de division reposant sur l’utilisation de billes magnétiques permettant d’appliquer des forces sur la machinerie de division.  Notre système expérimental modèle est l’embryon d’oursin (Vidéo 1), qui intègre de nombreux avantages pour l’étude du développement précoce. Pour étendre nos découvertes à d’autres contextes multicellulaires, nous collaborons avec d’autres laboratoires, travaillant sur des tissues mammifères ou des embryons d’autres espèces (Mouches, grenouilles…).

Figure 1: A. Chez le zygote d’oursins comme dans de nombreuses cellules, de larges astres de microtubules permettent de sentir la forme cellulaire et d’orienter le noyau et l’axe de division avec la forme de lacellule (Minc et al. 2011). B. Utilisation de pinces magnétiques pour appliquer des forces aux seins de cellules intactes et de contrôler la division cellulaire (Xie et al. 2021). C. Simulation numérique des forces exercées par les microtubules pour center le noyau en fonction de la forme cellulaire (Tanimoto et al. 2016). D. Simulation des géométries successives d’un embryon d’oursins (Pierre et al. 2016).

 

Video1

Légende : Embryons d’oursins se développant, dans lesquels l’ADN est marqué et suivi par fluorescence

 

2-      FORME ET CROISSANCE CELLULAIRE.

La morphologie des cellules individuelles ainsi que celles formant les tissus sous-tendent bon nombre de leurs fonctions. Nous cherchons à expliquer comment les cellules développent leur forme particulière et leur mode de croissance. Par exemple, de nombreuses cellules ne se développent qu’à un certain endroit, un processus appelé croissance polarisée, qui implique des réactions biochimiques complexes qui permettent de regrouper un domaine d’activité polarisé sous-cellulaire (Vidéo 2). Pour étudier ces aspects, nous utilisons des modèles de levures et de champignons, comme modèles de cellules très polarisées, qui grandissent rapidement et qui sont facilement manipulable génétiquement (Figure 2). Nous développons une recherche visant à comprendre comment les forces et les propriétés mécanique à la surface et au sein de la cellule interagissent avec des régulateurs biochimique pour  définir morphogénèse et croissance.

Figure 2: A. Images de fluorescence de levures exprimant des marqueurs pour localiser et étudier le cytosquelette, la polarité la croissance et la division cellulaire (Bonazzi et al. 2015). B. Images super-résolues de l’épaisseur de la paroi cellulaire autour d’un hyphe grandissant de champignon de l’espèce aspergillus (Chevallier et al).    C. Simulation numérique d’une spore de levure et de sa paroi (couleur) et polarité (blanc). D. Simulation de la vitesse de croissance.

 

Video2

Croissance et division de levures exprimant des marqueurs fluorescents d’enveloppe nucléaire et de synthèse de paroi.

Responsable :

Nicolas MINC
Téléphone : +33 (0)157278052
Email : nicolas.minc (at) ijm.fr

 

Membres de l’équipe :

Magid	BADAOUI	Doctorant
Louis	CHEVALIER	Doctorant
Serge	DMITRIEFF	Chercheur
Amir	KHOSRAVANIZADEH	Postdoctorant
Célia	MUNICIO DIAZ	Ingénieure en biologie
Javad	NAJAFI	Postdoctorant
Aude	NOMMICK	Postdoctorante
Jeremy	SALLÉ	Chercheur
Jing	XIE	Postdoctorant

Depuis 2015 :

Brevets:

1. Minc N., Davi, V., Tanimoto, H., Arkovitz, R., Silva, P. (2016) “Method for the real-time measurement of a wall thickness and uses thereof”, Patent n° WO 2018/033560 A1
2. Minc N., Sallé J., Xie J. (2020) “Méthode d’évaluation des propriétés mécanobiologiques d’un élément cellulaire”, Patent n° FR2010766

Publications:

1. Xie J, Najafi J, Le Borgne R, Verbavatz J-M, Durieu C, Sallé J, and Minc N (2022) “Contribution of cytoplasm viscoelastic properties to mitotic spindle positioning” , Proc Natl Acad Sci U S A, 119 (8) e2115593119.
2. Mishra R, Minc N, Peter M (2022) “Cells under pressure: how yeast cells respond to mechanical forces” , Trends Microbiol, S0966-842X(21)00272-9.
3. Neeli-Venkata R, Municio Diaz C, Celador R, Sanchez Y, Minc N (2021) “Detection of surface forces by the cell-wall mechanosensor Wsc1 in yeast” , Developmental Cell 56, 1–15
4. Fukui H, Chow RW, Xie J, Foo YY, Yap CH, Minc N, Mochizuki N, Vermot J (2021) “Bioelectric signaling and the control of cardiac cell identity in response to mechanical forces.” Science. 2021 (6565):351-354
5. Sallé J and Minc N (2021) “Cell division geometries as central organizers of early embryo development” , Semin Cell Dev Biol. Aug 18, S1084-9521(21).
6. Lenne PF,…,Minc N,…, Tlili S (2021) “Roadmap on multiscale coupling of biochemical and mechanical signals during development” , Physical Biology 18 (4), 041501
7. Taheraly S, Ershov D, Dmitrieff S and Minc N (2020) “An image analysis method to survey the dynamics of polar protein abundance in the regulation of tip growth” , J Cell Science, 133(22)
8. Palenzuela H, Lacroix B, Sallé J, Minami K, Shima T, Jegou A, Romet-Lemonne^#G and Minc^# N (2020) “In Vitro Reconstitution of Dynein Force Exertion in a Bulk Viscous Medium” , Current Biology 30 (22), 4534-4540.
9. Mukherjee R, Sallé J, Dmitrieff S, Nelson K , Oakey J, Minc^#N, Levy^# D, (2020) “The perinuclear ER scales nuclear size independently of cell size in early embryos” , Developmental Cell, 54, 395–409
10. Xie J and Minc N, (2020) “Cytoskeleton Force Exertion in Bulk Cytoplasm” , Front Cell Dev Bio; 8:69
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23. Salomon J, Gaston C, Magescas J, Duvauchelle B, Canioni D, Sengmanivong L, Mayeux A, Michaux G, Campeotto F, Lemale J, Viala J, Poirier F, Minc N, Schmitz J, Brousse N, Ladoux B, Goulet O, Delacour D.N, (2017) “Contractile forces at tricellular contacts modulate epithelial organization and monolayer integrity.” Nat Commun. 8:13998.
24. Haupt A and Minc N, (2017) “Gradients of phosphatidylserine contribute to plasma membrane charge localization and cell polarity in fission yeast” Mol. Cell. 28(1):210-220
25. Pierre A, Sallé J, Wühr M, Minc N., (2016) “Generic Theoretical Models to Predict Division Patterns of Cleaving Embryos.” Developmental Cell. 39(6):667-682
26. Tanimoto H, Kimura^#A, Minc^# N (2016) “Shape-motion relationships of centering microtubule asters” J Cell Biol 212 (7): 777.
27. Bosveld F, Markova O, Guirao B, Martin C, Wang Z, Pierre A, Balakireva M, Gaugue I, Ainslie A, Christophorou N, Lubensky DK, Minc N, Bellaïche Y, (2016) “Epithelial tricellular junctions act as interphase cell shape sensors to orient mitosis” Nature 530, 495–498
28. Bonazzi* D, Haupt* A, Tanimoto H, Delacourt D, Salort D, Minc N, (2015) “Actin-based transport adpapts polarity domain size to local cellular curvature” Curr Biol 25(20):2677-83.
29. Davì V and Minc N, (2015) “Mechanics and morphogenesis of fission yeast cells” Curr Opinion Microbiology 28:36-45
30. Zegman Y, Bonazzi D, Minc N, (2015) “Measurement and Manipulation of Cell Size Parameters in Fission Yeast”. Methods Cell Biol; 125:423-36

Daria Bonazzi (2015)

Anaëlle Pierre (2017)

Valeria Davì (2018)

Héliciane Palenzuela (2020)

Jing Xie (2022)

Guillaume Romet-Lemonne (IJM) ; Delphine Delacour (IJM) ; Aki Kimura (NIG, Japan) ; Yohanns Bellaiche (Institut Curie, Paris) ; CP Heisenberg (IST austria) ; Martin Wühr (Princeton University) ; Dan Levy (U. Wyoming).

Arezki Boudaoud (Ecole Polytechnique); Etienne Couturier (MsC, Paris); Yolanda Sanchez (U. Cordoba); Miguel Peñalva (U. Madrid).

La Ligue Contre le Cancer ; Fondation Bettencourt-Schueller ; European Research Council ; Mairie De Paris; ANR ; Fondation de la Recherche Médicale ; FungiBrain (European ITN) FP7.

04/04/2022 – Postdoctoral position in cell division during epithelial morphogenesis