In order to carry out its life cycle and produce viable progeny through cell division, a cell must successfully coordinate and execute a number of complex processes with high fidelity, in an environment dominated by thermal noise. One important example of such a process is the assembly and positioning of the mitotic spindle prior to chromosome segregation. The mitotic spindle is a modular structure composed of two spindle pole bodies, separated in space and spanned by filamentous proteins called microtubules, along which the genetic material of the cell is held. The spindle is responsible for alignment and subsequent segregation of chromosomes into two equal parts; proper spindle positioning and timing ensure that genetic material is appropriately divided amongst mother and daughter cells. / In this thesis, I describe fluorescence confocal microscopy and automated image analysis algorithms, which I have used to observe and analyze the real space dynamics of the mitotic spindle in budding yeast. The software can locate structures in three spatial dimensions and track their movement in time. By selecting fluorescent proteins which specifically label the spindle poles and cell periphery, mitotic spindle dynamics have been measured in a coordinate system relevant to the cell division. I describe how I have characterised the accuracy and precision of the algorithms by simulating fluorescence data for both spindle poles and the budding yeast cell surface. / In this thesis I also describe the construction of a microfluidic apparatus that allows for the measurement of long time-scale dynamics of individual cells and the development of a cell population. The tools developed in this thesis work will facilitate in-depth quantitative analysis of the non-equilibrium processes in living cells. / La régulation du cycle cellulaire et la prolifération de générations viables requièrent à la fois la reproductibilité et la coordination des différents processus complexes en jeu dans un environnement toutefois dominé par l'agitation thermique. Un exemple essentiel est l'assemblage et la migration du fuseau mitotique qui doivent avoir lieu correctement avant même la ségrégation des chromosomes. Le fuseau mitotique est une structure transitoire composée de deux pôles séparés par des filaments de protéines appelés les microtubules, auxquelles est rattaché le matériel génétique de la cellule. Le fuseau mitotique est notamment impliqué dans l'alignement des chromosomes, puis leur ségrégation vers des pôles opposés de la cellule ; d'où la nécessité d'un positionnement spatial précis et temporellement coordonné du fuseau mitotique pour assurer la division correcte du matériel génétique entre les cellules mère et fille. / Dans ce mémoire, je décrirai les techniques de microscopie confocale par fluorescence ainsi que les algorithmes automatisés d'analyse d'image, que j'ai mis en oeuvre pour observer et analyser la dynamique spatiale en temps réel du fuseau mitotique chez la levure bourgeonnante. Les programmes développés permettent de localiser dans l'espace tridimensionnel des structures subcellulaires et de détecter leurs déplacements au cours du temps. Le marquage par protéines fluorescentes des pôles du fuseau mitotique et de la membrane cellulaire a permis de quantifier la dynamique du fuseau mitotique dans un système de coordonnées pertinent pour la division cellulaire. Je décrirai des simulations numériques de signaux fluorescents de ces structures subcellulaires qui m'ont permis de caractériser la fiabilité et de quantifier la précision des programmes d'analyse. / Je terminerai ce mémoire par la description d'un dispositif microfluidique permettant à la fois la culture de cellules et la caractérisation de leur dynamique à l'échelle individuelle, et ce sur de longues échelles de temps. Les outils développés au cours de cette thèse et présentés dans ce mémoire offrent la possibilité d'analyses quantitatives nouvelles des processus hors équilibre en jeu chez les cellules vivantes en général.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.86726 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Plumb, Kemp |
| Contributors | Maria Kilfoil (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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