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L’innovation passe par des méthodes quantitatives

L’université Paris Science et Lettres (PSL) portera un projet de recherche « institut de convergence » dans le cadre des investissements d’avenir. Intitulé Q-Life, ce projet ambitieux fédère de nombreuses équipes pluridisciplinaires qui seront coordonnées par Bruno Goud (CNRS/Institut Curie).

L’ambition globale des chercheurs de l’institut Q-Life est de comprendre en termes quantitatifs la dynamique des systèmes vivants dans l’espace et le temps et la manière dont ces dynamiques s’intègrent dans leur environnement physique et chimique. Le développement et le succès des approches quantitatives en biologie s’appuient largement sur des méthodes et des technologies expérimentales innovantes, combinées à des outils avancés de modélisation et de calcul. Pour les aspects expérimentaux et théoriques, les équipes PSL ont une expertise considérable et démontrée, et elles peuvent être considérées comme des leaders mondiaux dans leurs domaines respectifs. Les chercheurs vont se concentrer sur trois thèmes principaux.

Ces images montrent des cellules confinées dans des sortes de « micro-pochoir ». Avec ces images, les chercheurs observent l’absorption du facteur EGF (epidermal growth factor) marqué en rouge. Le marquage en vert permet, quant à lui, de visualiser le cytosquelette de la cellule. Crédit photo : Kristine Schauer / Institut curie 
Cellules confinées dans des sortes de « micro-pochoir ». Les chercheurs observent l’absorption du facteur EGF (epidermal growth factor) marqué en rouge. Le marquage en vert permet, quant à lui, de visualiser le cytosquelette de la cellule.
Crédit photo : Kristine Schauer / Institut curie

1er thème : le noyau cellulaire

  • Comprendre l’organisation et la dynamique du noyau à l’échelle moléculaire et à celle de ses domaines
  • Déchiffrer comment les fonctions génétiques et non génétiques du noyau s’intégrent dans ses propriétés physiques

L’objectif général est de parvenir à une compréhension plus intégrée de la complexité de l’organisation du génome et de ses fonctions, et à établir les liens avec les pathologies pour développer à terme de nouvelles stratégies thérapeutiques.

2ème thème : les membranes cellulaires

  • Déchiffrer l’assemblage et la dynamique des complexes supramoléculaires et leur rôle dans le remodelage et la biogenèse des compartiments des cellules.
  • Comprendre comment les membranes intègrent les signaux biochimiques, chimiques et physiques pour assurer leur fonctionnement.

Ces objectifs nécessitent une compréhension détaillée au niveau moléculaire permettant de concevoir des modèles physiques et de les utiliser pour tester ou modifier les fonctions biologiques. Les équipes s’appuieront sur des simulations ou des modélisations de structures supramoléculaires obtenues récemment.

3ème thème : la communication intercellulaire

  • Analyser les dynamiques spatio-temporelles des réseaux de communication entre les cellules
  • Comprendre comment les signaux biochimiques, chimiques et physiques influencent le comportement des réseaux cellulaires.

La communication intercellulaire est un phénomène essentiel chez les organismes vivants permettant le transfert d’informations et la régulation des grandes fonctions biologiques. Et cela bien sûr chez les eucaryotes mais aussi chez la plupart des procaryotes. Les équipes vont étudier les schémas complexes de communication intercellulaire en utilisant de nouveaux développements technologiques combinés à des modèles dérivés de la physique statistique et des mathématiques. En particulier, les chercheurs souhaitent analyser la dynamique spatio-temporelle des réseaux de communication entre les cellules neuronales et entre les cellules du système immunitaire et comment ces réseaux cellulaires intègrent les signaux biochimiques, chimiques et physiques.

Ces trois thèmes sont intimement liés. On sait aujourd’hui par exemple que le noyau est impliqué dans de multiples fonctions extra-nucléaires qui concernent le remodelage des membranes pendant la mise en place de polarité ou les processus de migration cellulaire. De même, l’orientation de la division d’une seule cellule peut affecter la morphogenèse du tissu dont elle fait partie. Ainsi, de nombreux projets de recherche dans Q-Life engloberont deux ou trois thèmes. Ils devraient conduire à une vision plus globale du fonctionnement des cellules et des organismes et des raisons de leur dysfonctionnement qui conduit à des pathologies telles que les maladies du système nerveux et les cancers.