Thesis (Ph.D.)--University of California, San Francisco, 2005. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 66-12, Section: B, page: 6703. Chair: John W. Sedat.

Nous avons développé un dispositif combinant pinces optiques et imagerie par feuillet de lumière. Nous montrons que les interfaces cellulaires de l'épithélium précoce de l'embryon de Drosophile peuvent être piégées et manipulées directement avec des pinces optiques. La manipulation optique est réalisée à la fin de la cellularisation, processus par lequel des membranes cellulaires séparent les noyaux pour donner naissance à un épithélium ; à ce stade, les mouvements cellulaires sont minimes et les cellules ont des formes hexagonales similaires. En imposant un mouvement sinusoïdal au piège perpendiculairement à une interface, nous étudions la déflection de l'interface en fonction de la puissance laser, de l'amplitude du mouvement du piège et de la fréquence d'oscillation. En outre, des expériences de déflection-relaxation par déplacement instantané puis arrêt du piégeage, ont été réalisées, fournissant une alternative à l'analyse fréquentielle pour étudier les propriétés viscoélastiques de l'interface. Un modèle de type solide linéaire standard rend compte des observations et permet d'extraire les paramètres viscoélastiques de l'interface. Nous mettons également en évidence que la déflection imposée à une interface se propage aux interfaces voisines en s'affaiblissant exponentiellement sur une distance d'une à deux cellules. Cette technique étant établie, nous l'utilisons pour mesurer les tensions durant l'extension de la bandelette germinale. Les tensions sont anisotropes, les jonctions parallèles à la direction dorsoventrale ayant une tension trois fois plus élevée que celles perpendiculaires. Ce travail fournit des mesures absolues des tensions intercellulaire. / Here, an optical tweezers setup was developed on a pre-existing single-plane illumination (SPIM) setup. The cell-cell interface in embryonic epithelia could be trapped and manipulated directly with optical tweezers. The interaction of the interface with the trap was initially characterized at the end of cellularization where the tissue has minimal movements and actomyosin turnover. With a sinusoidal trap excursion, the interface amplitude was found to increase linearly with applied laser power as well as trap amplitude and time period. Furthermore, push and pull experiments on the interface responding to a stationary trap, provided another way to address the viscoelastic properties of the interface. The interface kinetics in stationary experiments could fit adequately to a passive viscoelastic model. This model also explained well the linear response to trap amplitude and time period, and formed the basis of estimating interface tension from its amplitude. Moreover, the propagation of the sinusoidal movement to neighbouring interfaces decayed rapidly with minimal phase lag in both experiments and the model. Having established a suitable regime of trapping conditions, where interface deflection is small and linear, the mechanical anisotropy of the epithelium was at the onset of gastrulation. The interface tension increased by 2-3 fold, exhibiting both apico-basal and dorso-ventral polarization of tension, concomitant with polarized accumulation of myosin. The role of myosin was established further through ROCK-inhibition. Perturbation of actin also decreased the interface tension. My work provides a crucial insight into the mechanical behaviour of dynamic epithelia.

Les structures d'acto-myosine sont impliquées dans de nombreuses fonctions cellulaires. Comprendre leur organisation et leur comportement collectif est toujours difficile. Nous avons étudié l'anneau cytokinétique dans les cellules de mammifères et dans les levures de fission, en orientant les cellules dans les microcavités, ce qui permet de voir l'anneau dans un seul plan focal. Avec cette configuration, nous révélons de nouvelles structures et des dynamiques distinctes pour les deux systèmes cellulaires. Dans les cellules de mammifères, nous trouvons des motifs réguliers de la myosine et la formine. Les caractéristiques de ces motifs sont stables tout au long de sa fermeture et leur apparition coïncide avec la constriction. Nous proposons que ce phénomène est une propriété inhérente du réseau d'acto-myosine et que la formation de ces motifs entraîne une augmentation du stress. Ces hypothèses sont confirmées par notre modèle en champ moyen. Par contraste, l'anneau de levure de fission montre des inhomogénéités tournantes de l'actine, de la myosine, des protéines de la construction de la paroi (Bgs) et d'autres protéines. La dynamique des inhomogénéités de myosine est inchangée, si la croissance de la paroi est inhibée. Cependant, l'inhibition du mouvement des inhomogénéités conduit à l'arrêt de la fermeture. Nous proposons que la fermeture de l'anneau est entraînée par la rotation de l'actine et de la myosine qui tirent des protéines Bgs, lesquelles construisent ainsi le septum. Cette hypothèse est confirmée par nos calculs et par des simulations numériques. Nous suggérons que la transition entre les états de différents ordres et dynamiques pourrait être une façon de réguler in vivo les systèmes d'acto-myosine. / Actomyosin structures are involved in many cell functions. Understanding their organization and collective behavior is still challenging. We study the cytokinetic ring in mammalian cells and in fission yeasts, by orienting cells in microcavities. This allows seeing the ring in a single plane of focus. With this setup, we reveal new structures and distinct dynamics for both cellular systems. In mammalian cells we find a pattern of regular clusters of myosin and formin. The characteristics of this pattern are stable throughout closure and its formation coincides with the onset of constriction. We propose that its characteristic is an inherent property of the actomyosin network and that its formation leads to an increase in stress generation. These hypotheses are supported by our theoretical mean field model. In contrast, fission yeast rings show rotating inhomogeneities (speckles), i.e. rotations of actin, myosin, cell wall building proteins (Bgs) and other proteins. Myosin speckles dynamic is unchanged, if wall growth is inhibited. However, the inhibition of speckle motion leads to stalled closure. We propose that the ring closure is driven by the rotation of actin and myosin, which pull Bgs thereby building the septum. This model is supported by our calculations and by numerical simulations. We suggest that the transition between states of different orders and dynamics might be a way to regulate actomyosin systems in vivo.