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Die Entstehung unterschiedlicher Zellformen ist eine zentrale Frage der Biologie und von besonderer Bedeutung für ein umfassendes Verständnis des Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae. Form und Integrität dieser Hefen werden durch die Eigenschaften ihrer Zellwand bestimmt. Die mechanischen Prozesse in der Zellwand während der Morphogenese von Hefen sind jedoch wenig verstanden. Zwei Arten der Morphogenese, Knospung und Paarung, wurden hier untersucht, um gemeinsame Prinzipien und Unterschiede hinsichtlich ihrer Zellwandmechanik zu finden. Dabei wurden AFM-basierte Techniken sowie theoretische Modelle verwendet, um räumliche und zeitliche Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften zu beurteilen. Im ersten Teil wird ein biophysikalisches Modell der Knospung vorgestellt, das auf einem Unterschied der mechanischen Zellwandeigenschaften von Mutter und Knospe beruht und die Volumenentwicklung einzelner Zellen beschreiben kann. Da Messungen keinen ausreichenden Unterschied in der Zellwandelastizität zwischen beiden Kompartimenten zeigten, wird deren Viskoplastizität als Unterscheidungsmerkmal vorgeschlagen. Eine Kalibrierung des Modells an Einzelzellmessungen lieferte neben Schätzungen dieser Zellwandviskoplastizität auch die anderer wichtiger Wachstumsparameter. Im zweiten Teil werden nanorheologische Messungen genutzt, um zu zeigen, dass die Zellwand hauptsächlich elastisch ist und ein strukturelles Dämpfungsverhalten aufweist. Dabei wird diskutiert, die Zellwand analog zu einem „soft glassy“ Material zu beschreiben. Im letzten Teil wird die Notwendigkeit eines spezifischen Elastizitätsmusters der Zellwand für das gerichtete Wachstum während der Paarungsmorphogenese beschrieben, welches weicheres Material am Schaft sowie steiferes Material am Apex einschließt. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass räumlich und zeitlich veränderliche viskoelastisch-plastische Zellwandeigenschaften die Morphogenese von S. cerevisiae bestimmen., Morphogenesis is a central field in biology and of particular importance for a comprehensive understanding of the model organism Saccharomyces cerevisiae. Shape and integrity of yeast cells are determined by its cell wall. However, mechanical processes underlying yeast morphogenesis and are poorly understood. Two modes of yeast morphogenesis, budding and mating, have been studied to find common principles and differences in cell wall mechanics. AFM-based techniques as well as computational models were used to assess spatial and temporal differences in the mechanical properties. In the first part, a biophysical model for the expansion during budding is presented that bases on a difference in the mechanical cell wall properties of mother and bud and accurately describes the volume dynamics of single cells. Since measurements revealed no difference in the cell wall elasticity between both compartments, visco-plastic properties are proposed as distinguishing feature. Fitting the model to single-cell volume trajectories, provided estimations for the visco-plasticity of the cell wall and other key growth parameters. In the second part, nano-rheology measurements were used to confirm that the cell wall is mainly elastic and demonstrate that it shows structural damping behavior. Furthermore, the possibility to describe the cell wall analogous to a “soft glassy” material is discussed. In the last part, the necessity of a specific elasticity pattern of the cell wall for directed growth during yeast mating morphogenesis is shown, including softer material at the shaft and stiffer material at the apex. By showing that spatially and temporally varying viscoelastic-plastic cell wall properties govern the morphogenesis of S. cerevisiae, this work contributes to deciphering molecular mechanisms underlying the growth of yeast and other walled cells.

Ce travail se propose de mettre en relation l’approche sémiotique actantielle et l’approche topologique des catastrophes pour dégager un savoir qualitatif concernant l’organisation de l’image de peinture et proposer quelque savoir assuré quant au sens que nous pouvons donner aux choix d’agencement spatiaux orchestrés par les peintres. Il faudra, pour ce faire, accepter que le tableau soit vu comme passage et continuité et non comme découpe et reconnaissance.À chaque type de catastrophe élémentaire, René Thom associe une morphologie archétype de type linguistique. Selon Jean Petitot, les « actants doivent être conçus comme des valeurs positionnelles […] comme des entités de nature topologique et relationnelles », ils doivent être « définis de façon configurationnelle » par des positions. Les places, les positions « ont en elles-mêmes une signification les unes par rapport aux autres ».Associant respectivement les catastrophes de la fronce et des trois ombilics de René Thom aux œuvres de Van der Weiden, Rubens, Poussin et Memling, nous pourrons démontrer qu’il ne s’agit pas seulement de voir dans ces œuvres la représentation d’une histoire, d’un récit, d’une action ou d’un mythe, mais la présentation de quatre structures spatiales et quatre structures de sens singulières. This work intends to correlate actantial semiotics and the topological approach to catastrophes in order to achieve a qualitative understanding of the organization of painting and to offer some reliable knowledge as to the meaning we can give to the choices of spatial arrangement orchestrated by painters. This will require our acceptance that painting is seen as passage and continuity and not as cutting and recognition.René Thom associates each type of elementary catastrophe with a linguistic type of archetypal morphology. According to Jean Petitot, the “actants must be conceived as positional values […] as relational entities of a topological nature”; they must be “configurationally defined” by positions. Locations, positions “have meaning in themselves compared to one another”.Associating respectively René Thom’s cusp and the three umbilic catastrophes with the work of Van der Weiden, Rubens, Poussin and Memling, we demonstrate that what is at stake in these works is not only the representation of a (hi)story, a narrative, an action or a myth, but also the presentation of four singular spatial and meaning structures.

How do living objects acquire their shape? Incontrovertibly, morphogenesisis largely regulated by genes. Yet, the precise link between thechemical processes associated with genes, on the one hand, and geometry,one the other hand, is not completely identified. This link is most probablyindirect, and mediated by mechanical processes. It is now well acceptedthat intracellular molecular processes regulate locally cell mechanicalproperties and that shape emerges as the global resolution of resultingmechanical constraints.This so-called biomechanical paradigm is employed in this thesis in thecontext of plant morphogenesis, that mostly relies on cell growth. Thelocal control of growth is crucial for the stability and robustness ofmorphogenesis, and relies on various regulatory mechanisms. Inparticular, according to a recent hypothesis, cells may dynamicallyadapt their growth behavior in response to the mechanical forces theyexperience.This local regulation integrates at larger, multicellular scale, in anonintuitive way. In this thesis, I investigate i/ the mathematicalformalization of a stress-based control of growth and ii/ themacroscopic emergent behavior of such mechanism. To do so, I have used amultiscale modeling approach, based on a continuum mathematical modelof growth (previously developed within the theory of morphoelasticity),and on a mean description of the molecular processes supposedly involvedin mechanoperception and the control of cell elastic properties. Tostudy this model, I have designed dedicated algorithms, integrated into apreviously developed software environment, based on the finite elementmethod. This model is then used to study the mechanical stability ofhighly asymmetric organs like leaves, suggesting that a force-basedcontrol of growth allows the amplification of shape asymmetry duringdevelopment.; L'acquisition de la forme - ou morphogenèse - chez les systèmes vivants, est largement contrôlée par les gènes. Néanmoins, le lien précis entre, d'une part, les processus chimiques locaux associés aux gènes, et, d'autre part, la géométrie des tissus, n'est pas complètement identifié. Ce lien est vraisemblablement très indirect et médié par des processus mécaniques. Ainsi, il est aujourd'hui admis que les processus chimiques intracellulaires régulent les propriétés mécaniques des cellules seulement localement, et que la forme émerge comme la résolution globale de contraintes mécaniques. Ce paradigme, dit biomécanique, est employé dans cette thèse dans le cas de la morphogenèse des plantes, qui repose majoritairement sur la croissance cellulaire. Le contrôle local de cette croissance est crucial pour la stabilité et la robustesse de la morphogenèse, et implique différents mécanismes de régulation. En particulier, selon une hypothèse récente, les cellules pourraient adapter dynamiquement leur croissance en réponse aux forces qu'elles subissent.Cette régulation locale s'intègre à une échelle multicellulaire de manière non intuitive. Dans cette thèse, j'ai exploré i/ une formalisation mathématique de la régulation de la croissance par les contraintes mécaniques et ii/ le comportement macroscopique émergent d'un tel mécanisme. Pour cela, j'ai adopté une approche de modélisation multi-échelle basée sur une formulation mathématique continue de la croissance cellulaire (développée précédemment dans le cadre de la théorie de la morphoélasticité), et sur une description moyenne des processus moléculaires locaux étant supposés impliqués dans la mécano-perception et le contrôle de l'élasticité des cellules. J'ai d'autre part conçu des algorithmes dédiés à l'étude de ce modèle, intégrés dans un environnement logiciel existant, basé sur la méthode des éléments finis. Ce modèle est en particulier utilisé dans l'étude de la stabilité d'organes à fort degré d'asymétrie, tels que les feuilles, en suggérant qu'un contrôle de la croissance basé sur les forces peut permettre l'amplification d'asymétries initiales.

How do living objects acquire their shape? Incontrovertibly, morphogenesisis largely regulated by genes. Yet, the precise link between thechemical processes associated with genes, on the one hand, and geometry,one the other hand, is not completely identified. This link is most probablyindirect, and mediated by mechanical processes. It is now well acceptedthat intracellular molecular processes regulate locally cell mechanicalproperties and that shape emerges as the global resolution of resultingmechanical constraints.This so-called biomechanical paradigm is employed in this thesis in thecontext of plant morphogenesis, that mostly relies on cell growth. Thelocal control of growth is crucial for the stability and robustness ofmorphogenesis, and relies on various regulatory mechanisms. Inparticular, according to a recent hypothesis, cells may dynamicallyadapt their growth behavior in response to the mechanical forces theyexperience.This local regulation integrates at larger, multicellular scale, in anonintuitive way. In this thesis, I investigate i/ the mathematicalformalization of a stress-based control of growth and ii/ themacroscopic emergent behavior of such mechanism. To do so, I have used amultiscale modeling approach, based on a continuum mathematical modelof growth (previously developed within the theory of morphoelasticity),and on a mean description of the molecular processes supposedly involvedin mechanoperception and the control of cell elastic properties. Tostudy this model, I have designed dedicated algorithms, integrated into apreviously developed software environment, based on the finite elementmethod. This model is then used to study the mechanical stability ofhighly asymmetric organs like leaves, suggesting that a force-basedcontrol of growth allows the amplification of shape asymmetry duringdevelopment.; L'acquisition de la forme - ou morphogenèse - chez les systèmes vivants, est largement contrôlée par les gènes. Néanmoins, le lien précis entre, d'une part, les processus chimiques locaux associés aux gènes, et, d'autre part, la géométrie des tissus, n'est pas complètement identifié. Ce lien est vraisemblablement très indirect et médié par des processus mécaniques. Ainsi, il est aujourd'hui admis que les processus chimiques intracellulaires régulent les propriétés mécaniques des cellules seulement localement, et que la forme émerge comme la résolution globale de contraintes mécaniques. Ce paradigme, dit biomécanique, est employé dans cette thèse dans le cas de la morphogenèse des plantes, qui repose majoritairement sur la croissance cellulaire. Le contrôle local de cette croissance est crucial pour la stabilité et la robustesse de la morphogenèse, et implique différents mécanismes de régulation. En particulier, selon une hypothèse récente, les cellules pourraient adapter dynamiquement leur croissance en réponse aux forces qu'elles subissent.Cette régulation locale s'intègre à une échelle multicellulaire de manière non intuitive. Dans cette thèse, j'ai exploré i/ une formalisation mathématique de la régulation de la croissance par les contraintes mécaniques et ii/ le comportement macroscopique émergent d'un tel mécanisme. Pour cela, j'ai adopté une approche de modélisation multi-échelle basée sur une formulation mathématique continue de la croissance cellulaire (développée précédemment dans le cadre de la théorie de la morphoélasticité), et sur une description moyenne des processus moléculaires locaux étant supposés impliqués dans la mécano-perception et le contrôle de l'élasticité des cellules. J'ai d'autre part conçu des algorithmes dédiés à l'étude de ce modèle, intégrés dans un environnement logiciel existant, basé sur la méthode des éléments finis. Ce modèle est en particulier utilisé dans l'étude de la stabilité d'organes à fort degré d'asymétrie, tels que les feuilles, en suggérant qu'un contrôle de la croissance basé sur les forces peut permettre l'amplification d'asymétries initiales.

Since the discovery of DNA, our understanding of the morphogenesis of bacterial cells has made great advance and also gave rise to new questions. Even though the bacterium Escherichia coli is able to maintain rod shape robustly, the genome does not encode any internal blueprint of what the cell should look like. Rather, cell shape is dynamically determined by the enzymes synthesizing the cell-wall, a rigid polymer that surrounds the cell. To quantitatively study the dependence of cell-wall biogenesis and cell shape on levels of essential cell-wall synthesis proteins, we use a nuclease-deficient CRISPR/Cas9 to partially block transcription. As this method had no been put into practice before, we thoroughly investigated its properties on a model system using fluorescent reporters. This led us to surprising findings: it was previously assumed that decreased levels of guide RNA complementarity would decrease repression strength by virtue of reduced occupancy of the target. We demonstrated a different mechanism: complementarity determines the probability that RNA polymerase kicks out dCas9 during the transcription attempt, while the rate of spontaneous dCas9 unbinding is negligibly small. If dCas9 levels are high enough to saturate the target this mechanism alone determines repression strength. This leads to desirable properties: First, relative repression strength is independent of native expression levels. Second, repression does not add any extrinsic noise to gene expression. These findings are now published in Molecular Systems Biology. Armed with this tool, we aim get a global understanding of the interplay between the different components of the cell-wall machinery. To polymerize the cell wall , which gives its shape to the cell, two groups of enzymes were described: the Rod Complex and class A PBPs. We created strains expressing this two categories of enzyme at variable levels, then characterized their phenotypes by different biophysical means (mechanical resistance, single-molecule diffusion, antibiotic sensitivity...). This way, we could show that enzymes that share similar biochemical activities can elicit very different responses when their levels are changed. This work allowed to better understand how these different mechanisms are coordinated to maintain cell wall integrity at multiple scales.; Depuis la découverte de l'ADN, notre compréhension de la morphogénèse bactérienne a beaucoup progressé mais aussi donné lieu à de nouvelles questions. La bactérie Escherichia coli est capable de maintenir une forme de bâtonnet de façon robuste, mais son génome ne contient aucun de plan de construction précis. La forme des cellules est déterminée dynamiquement par les enzymes qui synthétisent la paroi cellulaire, un polymère rigide qui entoure la cellule. Pour étudier quantitativement comment la biogénèse de la paroi et la forme des cellules dépend des concentrations des enzymes essentielles, nous utilisons un dérivé sans activité nucléase de CRISPR/Cas9 pour bloquer partiellement la transcription. Cette méthode n'ayant pas été utilisée avant, nous avons étudié ses propriétés en détail sur des rapporteurs fluorescents. Cela nous a conduit à des découvertes surprenantes: on considérait auparavant que la répression dépendait de la fréquence de fixation de dCas9 à sa cible. Nous avons démontré un mécanisme différent: la complémentarité guide/cible détermine la probabilité que la RNA polymérase déplace activement dCas9 lors de la transcription. Cela conduit à des propriétés désirables: la force de répression ne dépend pas du niveau d'expression natif de la cible, et n'ajoute pas de bruit extrinsèque à l'expression. Cela est maintenant publié dans Molecular Systems Biology. Armés de cet outil, nous avons pour objectif de comprendre globalement comment les différents composants de la machinerie de synthèse de la paroi cellulaire sont articulés entre eux. Pour polymériser la paroi cellulaire, qui donne sa forme à la cellule, deux groupes d'enzymes ont été décrits: le complexe Rod et les PBP de classe A. Nous avons créé des souches exprimant ces deux catégories d'enzymes à des niveaux variables et caractérisé leurs phénotypes par différents moyens biophysiques (résistance mécanique, diffusion de molécules uniques, sensibilité à des antibiotiques...). Nous avons pu mettre en évidence que des enzymes avec des activités biochimiques similaires peuvent provoquer des réponses complètement différentes lorsque leurs niveaux sont changés. Ces travaux ont permis de mieux comprendre comment ces différents mécanismes sont coordonnés pour maintenir l'intégrité de la paroi à de multiples échelles.

Since the discovery of DNA, our understanding of the morphogenesis of bacterial cells has made great advance and also gave rise to new questions. Even though the bacterium Escherichia coli is able to maintain rod shape robustly, the genome does not encode any internal blueprint of what the cell should look like. Rather, cell shape is dynamically determined by the enzymes synthesizing the cell-wall, a rigid polymer that surrounds the cell. To quantitatively study the dependence of cell-wall biogenesis and cell shape on levels of essential cell-wall synthesis proteins, we use a nuclease-deficient CRISPR/Cas9 to partially block transcription. As this method had no been put into practice before, we thoroughly investigated its properties on a model system using fluorescent reporters. This led us to surprising findings: it was previously assumed that decreased levels of guide RNA complementarity would decrease repression strength by virtue of reduced occupancy of the target. We demonstrated a different mechanism: complementarity determines the probability that RNA polymerase kicks out dCas9 during the transcription attempt, while the rate of spontaneous dCas9 unbinding is negligibly small. If dCas9 levels are high enough to saturate the target this mechanism alone determines repression strength. This leads to desirable properties: First, relative repression strength is independent of native expression levels. Second, repression does not add any extrinsic noise to gene expression. These findings are now published in Molecular Systems Biology. Armed with this tool, we aim get a global understanding of the interplay between the different components of the cell-wall machinery. To polymerize the cell wall , which gives its shape to the cell, two groups of enzymes were described: the Rod Complex and class A PBPs. We created strains expressing this two categories of enzyme at variable levels, then characterized their phenotypes by different biophysical means (mechanical resistance, single-molecule diffusion, antibiotic sensitivity...). This way, we could show that enzymes that share similar biochemical activities can elicit very different responses when their levels are changed. This work allowed to better understand how these different mechanisms are coordinated to maintain cell wall integrity at multiple scales.; Depuis la découverte de l'ADN, notre compréhension de la morphogénèse bactérienne a beaucoup progressé mais aussi donné lieu à de nouvelles questions. La bactérie Escherichia coli est capable de maintenir une forme de bâtonnet de façon robuste, mais son génome ne contient aucun de plan de construction précis. La forme des cellules est déterminée dynamiquement par les enzymes qui synthétisent la paroi cellulaire, un polymère rigide qui entoure la cellule. Pour étudier quantitativement comment la biogénèse de la paroi et la forme des cellules dépend des concentrations des enzymes essentielles, nous utilisons un dérivé sans activité nucléase de CRISPR/Cas9 pour bloquer partiellement la transcription. Cette méthode n'ayant pas été utilisée avant, nous avons étudié ses propriétés en détail sur des rapporteurs fluorescents. Cela nous a conduit à des découvertes surprenantes: on considérait auparavant que la répression dépendait de la fréquence de fixation de dCas9 à sa cible. Nous avons démontré un mécanisme différent: la complémentarité guide/cible détermine la probabilité que la RNA polymérase déplace activement dCas9 lors de la transcription. Cela conduit à des propriétés désirables: la force de répression ne dépend pas du niveau d'expression natif de la cible, et n'ajoute pas de bruit extrinsèque à l'expression. Cela est maintenant publié dans Molecular Systems Biology. Armés de cet outil, nous avons pour objectif de comprendre globalement comment les différents composants de la machinerie de synthèse de la paroi cellulaire sont articulés entre eux. Pour polymériser la paroi cellulaire, qui donne sa forme à la cellule, deux groupes d'enzymes ont été décrits: le complexe Rod et les PBP de classe A. Nous avons créé des souches exprimant ces deux catégories d'enzymes à des niveaux variables et caractérisé leurs phénotypes par différents moyens biophysiques (résistance mécanique, diffusion de molécules uniques, sensibilité à des antibiotiques...). Nous avons pu mettre en évidence que des enzymes avec des activités biochimiques similaires peuvent provoquer des réponses complètement différentes lorsque leurs niveaux sont changés. Ces travaux ont permis de mieux comprendre comment ces différents mécanismes sont coordonnés pour maintenir l'intégrité de la paroi à de multiples échelles.

International audience; La lecture d’un article de Maria G. Dondero intitulé « Diagramme et parcours visuels de la démonstration » (Actes sémiotiques, N° 114, 2011) portant sur la sémiotique visuelle de l’imagerie scientifique nous a conduit à relever une analogie opératoire (et non un rapprochement métaphorique) entre 1/ le schématisme diagrammatique de la genèse théorématique telle qu’elle s’effectue dans le parcours visuel de la démonstration et 2/ le troisième moment du schématisme de l’opération morphogénétique, celui de l’« amplification organisante », décrit par Gilbert Simondon dans sa conférence prononcée en 1962 au colloque sur Le Concept d’information dans la science contemporaine (Paris, Gauthier-Villars, 1965), intitulée « L’amplification dans les processus d’information » (qu’on trouvera reproduit dans Communication et information, Chatou, La Transparence, 2010). Le problème massif qui se cache derrière cette analogie remonte d’ailleurs selon nous au père de la morphogenèse. Ce problème concerne l’émergence des formes et des totalités, dont la saisie est guidée, comme l’écrit Goethe, par un « anschauende Urteilskraft », c’est-à-dire par un jugement par perception intuitive. Grâce à une analyse comparative des deux articles précités au moyen des outils provenant de la sémiotique peircéenne, nous visons à montrer pourquoi la classe des jugements effectués par intuition diagrammatique (i.e. par une perception intuitive médiatisée par la manipulation d’un diagramme) équivaut à celle des « pas » (steps) – l’expression est de Peirce – effectués dans l’effort de production théorématique. Une telle analyse permet selon nous d’argumenter en faveur de la thèse selon laquelle le schématisme à l’œuvre dans la production organique de la forme est foncièrement de nature diagrammatique. Ce pourquoi nous parlons d’un schématisme diagrammatique de la morphogenèse.

International audience; Genetic and epigenetic variations are commonly known to underlie phenotypic plastic responses to environmental cues. however, the role of epigenetic variation in plastic responses harboring ecological significance in nature remains to be assessed. The shade avoidance response (SAR) of plants is one of the most prevalent examples of phenotypic plasticity. It is a phenotypic syndrome including stem elongation and multiple other traits. Its ecological significance is widely acknowledged, and it can be adaptive in the presence of competition for light. Underlying genes and pathways were identified, but evidence for its epigenetic basis remains scarce. We used a proven and accessible approach at the population level and compared global DNA methylation between plants exposed to regular light and three different magnitudes of shade in seven highlyinbred lines of snapdragon plants (Antirrhinum majus) grown in a greenhouse. Our results brought evidence of a strong SAR syndrome for which magnitude did not vary between lines. They also brought evidence that its magnitude was not associated with the global DNA methylation percentage for five of the six traits under study. The magnitude of stem elongation was significantly associated with global DNA demethylation. We discuss the limits of this approach and why caution must be taken with such results. In-depth approaches at the DNA sequence level will be necessary to better understand the molecular basis of the SAR syndrome

Plant leaves are important for the production of biomass in nature, because they are the main site of photosynthesis, They have various shapes and it has been shown that their morphology influences photosynthesis efficiency. Identifying the mechanisms responsible for morphogenesis, i.e. the genesis of the shape during development, is therefore a matter of interest. To be analyzed, morphogenesis must be apprehended throughout the whole growth because the leaf final form is the result of coordinated mechanisms in space and time. To understand this type of complex processes, modeling is an approach of choice. Consequently, the objective of this thesis was to develop strategies for the quantification and modeling of morphogenesis to better understand leaf development. To quantify morphogenesis, my first contribution was to develop methods to precisely date the appearance of the leaves on the plant, and of the serrations at the leaf margin, allowing to register in time and to compare different growing leaves. Besides, based on mean growth trajectories, it is possible to specify where and when the developments of different leaves differ, at global and serration scales, during growth.By analyzing the development of leaves of the plant model Arabidopsis thaliana that have different shapes, in wild type or in mutants, it has been shown that, despite significant differences in leaf size and shape, there is a similarity in the development of all serrations. These results suggest that there are identical processes that control the appearance and growth of serrations. I proposed two leaf development models, based on biological mechanisms that have been identified, in the literature, as important for the leaf shaping, and also on the quantification of leaf morphogenesis performed in this work. The simulation module, that generates growth trajectories from the model, makes it possible to compare simulated and real developments. To parameterize the model, an optimization approach has been proposed to determine optimal parameters, which minimizes the differences between simulation and real growths. The results showed that the sequential appearance of the teeth as well as important morphological characteristics can be well reproduced by the models.; Les feuilles des plantes sont des organes importants pour la production de biomasse dans la nature car elles sont le siège principal de la photosynthèse, qui permet de transformer la matière minérale en matière organique. Identifier les mécanismes responsables de la morphogenèse, i.e. la genèse de la forme pendant le développement, est donc une question d'intérêt. Pour être analysée, la morphogenèse doit être appréhendée tout au long de la croissance car la forme finale d'une feuille est le résultat de mécanismes coordonnés dans l'espace et le temps. Pour comprendre ce type de processus complexes, la modélisation est une approche de choix. L'objectif de cette thèse était donc de développer des stratégies de quantification et de modélisation de la morphogenèse pour mieux comprendre le développement des feuilles. Pour quantifier la morphogenèse, ma première contribution a été de développer des méthodes pour dater précisément l'apparition des feuilles sur la plante et celle des dentelures sur la marge foliaire, ce qui permet de recaler dans le temps et comparer différentes feuilles en croissance. En calculant les trajectoires de croissance de feuilles moyennes, il est alors possible de préciser où et quand le développement de feuilles peuvent différer, au niveau global ou des dentelures, pendant la croissance. En analysant des feuilles de formes différentes de la plante modèle Arabidopsis thaliana, j'ai ainsi pu montrer que malgré des différences importantes en taille et forme globale, il y a une similarité dans le développement des dentelures. Ces résultats suggèrent qu'il existe des processus identiques qui gouvernent l'apparition et la croissance des dentelures. J'ai ensuite proposé un modèle de développement des feuilles, à partir duquel il est possible de simuler la croissance d'une feuille. Il est basé sur des mécanismes biologiques qui on été identifiés comme étant importants dans la mise en place de la forme. Pour paramétrer le modèle, une approche d'optimisation a été mise au point pour déterminer les paramètres optimaux du modèle. Les résultats obtenus montrent que l'apparition séquentielle des dents ainsi que certains paramètres morphologiques peuvent être bien reproduits par le modèle.

Le développement des plantes nécessite la coordination des mécanismes de différenciation des cellules méristématiques en cellules hautement spécialisées: la division, la croissance et la formation de la géométrie cellulaire. La différenciation et la morphogenèse cellulaires sont étroitement liées et régulées par les propriétés mécaniques de la paroi cellulaire. Les mécanismes conduisant à l’émergence de diverses formes et fonctions des tissus végétaux sont complexes et encore peu compris. Ma thèse de doctorat approfondie les principes mécaniques à la base de la formation des cellules épidermiques ondulées. Je me suis également penché sur l’étude des avantages mécaniques que confèrent les motifs imbriqués. Les cellules épidermiques sont constituées de deux parois cellulaires périclines parallèles reliées par des parois anticlines. Aux jonctions, les cellules épidermiques forment des cavités et des saillies imbriquées les unes aux autres. Des images en 3D, prises en microscopie confocale, de cotylédons marqués par des fluorophores spécifiques à la cellulose montrent une déposition accrue de cellulose au niveau des cavités des parois périclines s’étendant le long des parois anticlines. Le marquage des cotylédons par COS488 démontre également une plus grande abondance de pectines dé-estérifiées aux mêmes sites. J'ai développé des modèles par éléments finis de la déformation de la paroi cellulaire et simulé les disparités biochimiques en alternant les régions plus rigides à travers et au long des parois périclines des deux côtés d'une paroi anticline. Le modèle montre que les parois rigidifiées non déformables se développent en cavités lorsque la pression interne étire la paroi cellulaire. Le modèle suggère également la présence de contraintes mécaniques plus élevées au niveau des saillies. Les résultats du modèle indiquent qu'une boucle de rétroaction positive entre la contrainte et la rigidité de la paroi cellulaire générerait les formes ondulées à partir de différences infinitésimales de rigidité ou de contrainte de la paroi cellulaire. En outre, le modèle suggère que des événements de flambage stochastiques peuvent initier la morphogenèse des cellules. On a longtemps émis l'hypothèse que le motif imbriqué de cellules épidermiques améliore l'adhérence cellule-cellule et donc la résistance de traction de l'épiderme. L'étirage des feuilles d'Arabidopsis de type sauvage ou du mutant any1 (caractérisé par une réduction de l'ondulation cellulaire) n'a montré aucun détachement cellulaire en cas de rupture du tissu. J'ai émis l'hypothèse que les jonctions des cellules ondulantes renforcent la résistance de l'épiderme contre la propagation de fissures. J'ai observé une grande anisotropie dans la réponse mécanique à la rupture de l'épiderme d'oignon selon l’orientation des cellules. Les fissures qui suivent l’alignement des cellules se propagent sans trop de résistance, entraînant une rupture fragile du tissu. Ceci découlerait de la propagation de la ligne de rupture par suite du détachement des cellules. Les fissures se propagent difficilement lorsqu’elles sont perpendiculaires à l'axe principal des cellules. En fracturant des feuilles dont les cellules épidermiques sont ondulées, j'ai remarqué que les fissures se propageaient, par intermittence, à la fois au niveau des jonctions de la cellule et de la paroi cellulaire. J'ai émis l'hypothèse que ce motif de fracture d'épiderme à cellules ondulées se caractérisait par une augmentation de la résistance à la fracture. Pour n’étudier que les effets de la géométrie des cellules sur cette résistance, j’ai éliminé le rôle que jouerait l’anisotropie des matériaux en concevant des modèles physiques macroscopiques de l'épiderme. J’ai gravé au laser des motifs cellulaires sur du poly-méthacrylate de méthyle. De cette façon, le matériau isotrope permettait d'étudier uniquement l'effet de la géométrie cellulaire. Alors que la fracturation des spécimens de contrôle sans gravure et des spécimens avec des cellules gravées longitudinalement ont démontré une rupture fragile, une fracturation transversale aux rangées cellulaires, dans les modèles mimant des cellules d’oignon ou des cellules ondulées de cotylédons d’Arabidopsis, a montré une résistance accrue à la fracture. En conclusion, je démontre que la forme ondulée des cellules épidermiques est le résultat d’une distribution alternée de la rigidité dans la paroi cellulaire, un processus qui pourrait être initié par une anisotropie de stress stochastique due au flambement. De plus, ces formes cellulaires augmentent la résistance à la rupture de l'épiderme végétal en le protégeant contre la propagation des fissures; un mécanisme de défense ingénieux pour les surfaces les plus exposées., Plant development entails cell division, cell growth and shaping, and the differentiation of meristematic cells into highly specialized cell types. Differentiation and cell shape are closely linked and involve the regulation of the mechanical properties of the cell wall. The mechanisms leading to the generation of the diverse array of shapes and functionalities found in plant tissues are perplexing and poorly understood. In my Ph.D. research, I investigated the mechanical principles underlying the formation of wavy leaf pavement cells. Further, I studied the putative mechanical advantage that emerges from the interlocking patterns. Epidermal pavement cells consist of two parallel periclinal walls connected by vertical anticlinal walls. At the borders, wavy pavement cells make interlocking indentations and protrusions. 3D confocal micrographs of cotyledons stained with cellulose-specific fluorophores revealed a significant accumulation of cellulose at the sites of indentation on the periclinal walls extending down the anticlinal walls. Staining the cotyledon samples with COS488 also suggested a higher abundance of de-esterified pectin at these sites. I developed finite element models of the cell wall deformation and simulated the biochemical inhomogeneities by assigning alternately stiffened regions across and along the periclinal walls on two sides of an anticlinal wall. It was observed that the non-deforming stiffened regions develop into sites of indentations when the internal pressure stretches the cell wall. The model also suggested higher stresses to associate with the neck regions. The model results indicate that a positive feedback loop between stress and cell wall stiffness could generate wavy shapes starting from infinitesimally small differences in cell wall stiffness or stress. Further, the model suggests that stochastic buckling events can initiate the cell shaping process. It has been long hypothesized that the interlocking pattern of pavement cells improves cell-cell adhesion and thus the tensile strength of the epidermis. Stretching to rupture the leaf samples of wild-type Arabidopsis or any1 mutant with reduced cell waviness did not show any cell detachment upon failure. However, I hypothesized the undulating cell borders could enhance the resistance of the epidermis against the propagation of damage. I observed a considerable anisotropy in the tear behavior of onion epidermis parallel and perpendicular to the cells’ main axis. Tears along the cell lines propagated without much resistance resulting in brittle failure of the tissue. This was observed to originate from tears propagating by cell detachment. Perpendicular to the cells’ main axis, tears had considerable difficulty in propagating. Fracturing the leaf samples with wavy epidermal cells, I noticed the cracks propagated in both the cell borders and the cell wall intermittently. I hypothesized that this pattern of fracture in the epidermis with wavy cells indicates an increase in the fracture toughness. To untangle the influence of material anisotropy from the cell geometry on fracture toughness, I designed macroscopic physical models of the epidermis by laser engraving the cell patterns on polymethylmethacrylate. This way, the isotropic material would allow studying only the effect of cell geometry. While fracturing the control specimens with no engraving and the specimens with longitudinally placed cells demonstrated a brittle fracture, fractures transverse to cell lines in the onion cell patterns or across the Arabidopsis cotyledon wavy cell pattern showed an increased fracture toughness. I suggest the wavy shape of pavement cells in the epidermis results from the alternate placement of stiffer regions in the cell wall, a process that can initiate from a stochastic stress anisotropy due to buckling. Further, these shapes increase the fracture toughness of the plant epidermis protecting it against the spread of damage; an ingenious defense mechanism at the most exposed surfaces.

S’il est établi que les musées, en proposant des significations à propos des oeuvres et des objets qu’ils collectionnent, participent à la régénération des traditions artistiques et anthropologiques, les recherches existantes dévoilent insuffisamment les mécanismes par lesquels ces significations sont construites. Les expositions conçues par des artistes et architectes contemporains permettent de lever le voile sur cette mécanique. À partir de terrains d’étude en France et au Canada, nous montrons que certains musées sont devenus des « laboratoires de sémantique sociale », définis comme des lieux d’expérimentation et de co-production de signification avec le visiteur. Ces laboratoires s’appuient sur les mécanismes de la morphogénèse pour générer de nouvelles interprétations. Ce faisant, les institutions muséales prennent toute leur place dans les industries créatives et l’économie de la connaissance., Existing research has long established that museums, by constructing new meanings for the cultural artefacts they collect, participate in the regeneration of artistic or anthropological traditions. However, scholars did not provide complete details on the processes through which meanings are being constructed. Exhibitions designed by contemporary artists and architects allow us to unveil these processes. Based on empirical research carried out in France and Canada, we demonstrate that some museums have become « laboratories of social semantic », which we define as spaces of experimentation and co-production of meaning with the audience. These laboratories rely upon the mechanisms of morphogenesis to generate new interpretations. By doing so, museum institutions gain a growing legitimacy within the creative industries and the knowledge economy., Si suponemos que los museos, al proponer significados sobre las obras y los objetos que coleccionan, participan a la regeneración de las tradiciones artísticas y antropológicas, las investigaciones existentes revelan insuficientemente los mecanismos a través de los cuales dichos significados han sido construidos. Las exposiciones concebidas por artistas y arquitectos contemporáneos permiten levantar el velo de esta mecánica. A partir de investigaciones de campo en Francia y Canadá, mostraremos que ciertos museos se han convertido en « laboratorios de semántica social » definidos como lugares de experimentación y de coproducción de significados con el visitante. Dichos laboratorios se apoyan sobre los mecanismos de la morfogénesis para generar nuevas interpretaciones. Al hacerlo, las instituciones museísticas ocupan un lugar meritorio en las industrias creativas y en la economía del conocimiento.

International audience; Despite the abundance of cercopithecoids in the fossil record, especially in South Africa, and the recent development of morphometric approaches, uncertainties regarding the taxonomic identification of isolated cranio-dental specimens remain. Because cercopithecoids, nearly always found in stratigraphic association with hominin remains in Plio-Pleistocene deposits, are considered as sensitive ecological and chronological biomarkers, a significant effort should be made to clarify their palaeobiodiversity by assessing additional reliable morphological diagnostic criteria. Here we test the relevance of both molar crown internal structure and bony labyrinth morphology for discrimination of fossil cercopithecoid species. We use microtomographic-based 3D virtual imaging and quantitative analyses to investigate tooth endostructural organization and inner ear shape in 29 craniodental specimens from the South African sites of Kromdraai, Makapansgat, Sterkfontein and Swartkrans and provide the first detailed description of the internal structural condition characterizing this Plio-Pleistocene primate assemblage. Our preliminary results show that enamel-dentine junction morphology could be informative for discriminating highly autapomorphic taxa such as Theropithecus, while semicircular canal shape is tentatively proposed as an efficient criterion for diagnosing Dinopithecus ingens. Further research in virtual paleoprimatology may contribute to the identification of unassigned isolated fossil remains and shed new light on the internal craniodental morphology of extinct primate taxa.

Gonad differentiation is a crucial step conditioning the future fertility of individuals and most of the master genes involved in this process have been investigated in detail. However, transcriptomic analyses of developing gonads from different animal models have revealed that hundreds of genes present sexually dimorphic expression patterns. DMXL2 was one of these genes and its function in mammalian gonads was unknown. We therefore investigated the phenotypes of total and gonad-specific Dmxl2 knockout mouse lines. The total loss-of-function of Dmxl2 was lethal in neonates, with death occurring within 12 hours of birth. Dmxl2-knockout neonates were weak and did not feed. They also presented defects of olfactory information transmission and severe hypoglycemia, suggesting that their premature death might be due to global neuronal and/or metabolic deficiencies. Dmxl2 expression in the gonads increased after birth, during follicle formation in females and spermatogenesis in males. DMXL2 was detected in both the supporting and germinal cells of both sexes. As Dmxl2 loss-of-function was lethal, only limited investigations of the gonads of Dmxl2 KO pups were possible. They revealed no major defects at birth. The gonadal function of Dmxl2 was then assessed by conditional deletions of the gene in gonadal supporting cells, germinal cells, or both. Conditional Dmxl2 ablation in the gonads did not impair fertility in males or females. By contrast, male mice with Dmxl2 deletions, either throughout the testes or exclusively in germ cells, presented a subtle testicular phenotype during the first wave of spermatogenesis that was clearly detectable at puberty. Indeed, Dmxl2 loss-of-function throughout the testes or in germ cells only, led to sperm counts more than 60% lower than normal and defective seminiferous tubule architecture. Transcriptomic and immunohistochemichal analyses on these abnormal testes revealed a deregulation of Sertoli cell phagocytic activity related to germ cell apoptosis augmentation. In conclusion, we show that Dmxl2 exerts its principal function in the testes at the onset of puberty, although its absence does not compromise male fertility in mice., Author summary DMXL2 gene dysfunction underlies various human diseases, including breast cancer, non-syndromic hearing loss, and polyendocrine-polyneuropathy syndrome, demonstrating the large range of potential actions of DMXL2. We show here that Dmxl2 expression is crucial for survival in mice, as neonates die within hours of birth when this gene is inactivated. The transmission of olfactory information is affected, leading to an absence of suckling and impaired feeding. Severe hypoglycemia is also observed in male neonates. We observed Dmxl2 expression in several organs, including the brain, heart and adrenal glands, potentially corresponding to some of the phenotypes observed in Dmxl2-deficient pups. We also described Dmxl2 expression in the reproductive tracts and gonads and showed that Dmxl2 inactivation specifically in the testes has a significant effect on the initial waves of spermatogenesis, resulting in very low levels of sperm production at puberty. Our results suggest that DMXL2 deficits should be considered in men with impaired fertility, as pathogenic variants of this gene may be associated with male infertility in humans.

eingereicht von Milena Kocher, MSc Literaturverzeichnis: Blatt 65-69 Abstract in deutscher und englischer Sprache Paris-Lodron-Universität Salzburg, Masterarbeit, 2019 (VLID)5028728

Author's Accepted Manuscript., Notre propos est de réunir quelques réflexions de Pascal Quignard sur le récit afin d’en dégager les coordonnées ou les prémisses d’une théorie narrative chez cet écrivain qui, n’étant pas un théoricien, est sans doute quelqu’un qui fait œuvre de pensée. Notre hypothèse est que, situées dans le cadre d’une épistémologie naturaliste et d’un récit anthropogénétique au sein duquel la prédation joue un rôle majeur, en particulier celui de condition de possibilité de la narration, les spéculations de Quignard s’élaborent sur fond de la théorie sémio-narrative laquelle subit ainsi une reformulation. Nous soutenons que la réinterprétation quignardienne fait partie des théories qui proposent une solution morphogénétique au nœud aporétique de la conversion (de la substance sémique en forme narrative) tel qu’il se présente chez Greimas. Mais par rapport aux penseurs du structuralisme naturaliste et morphodynamique, notamment Petitot et Thom, l’originalité de Quignard réside dans la configuration de la conversion comme capture. Acte violent qui raye les modèles logiques (carré sémiotique) ou topologiques (catastrophes) censés formaliser rationnellement la conversion, la capture apparait comme un nouvel opérateur de narrativité, autour duquel se déploie une théorie cynégétique du récit.

Epithelial tissues are ubiquitous in animal life, covering surfaces and separating body compartments in diverse organs and species. Epithelium is the first tissue to form, playing a key role in structuring the intricate steps of an organism's development. In such a complex system, the interplay between cell division, chemical signalling, and mechanical forces permits the emergence of different tissues with specific functions. To uncover the mechanisms at play in epithelial tissue mechanics, a useful tool is provided by vertex models, in which cells are idealized as juxtaposed polygons. Numerical simulations of cell division in vertex models yield geometrically irregular cells, similar to empirical observations in epithelia, even when cell mechanical properties are homogeneous. Nevertheless, existing theoretical analyses are mostly confined to the mechanics of regular hexagonal lattices. Here, we develop an analytical description of geometrically disordered vertex models. We first quantify, in numerical simulations, geometric and mechanical cell properties in the presence of diverse sources of disorder, including various division rules or relaxation in the presence of noise. We then develop a simple mean-field description able to account for these properties. This description is expanded to address the interaction of isolated and clustered cells with mechanical properties differing from the surrounding tissue relevant in a wide range of biological contexts. This allows us to bridge the gap between theory and experiments, quantitatively predicting how variation in forces may affect geometry and topology as well as fitting mechanistic model parameters to the observed geometry of cell membranes in a tissue. Finally, in a collaborative work with the Payre's lab (U. de Toulouse), we apply our analysis to account for the statistics of cell geometry and division dynamics in experiments performed on epidermis differentiation in the fly. We particularly focus on characterizing the mechanical properties of clustered clonal cells with distinct proliferation rates from their environment., Les tissus épithéliaux sont ubiquitaires dans les organismes vivants, couvrant des surfaces et séparant différents compartiments dans divers organes et espèces. L'épithélium est le premier tissu qui apparaît au cours du développement et il joue un rôle central pour en structurer les étapes. Dans ce processus complexe, les interactions entre les divisions cellulaires, la signalisation chimique et les forces mécaniques permettent l’émergence de différents tissus avec des fonctions diverses. Dans l’élucidation des mécanismes en jeu dans la mécanique des tissus épithéliaux, un outil utile est constitué par les modèles de vertex, dans lesquels les cellules sont représentées de façon simplifiée par des polygones. La simulation de la division cellulaire dans ces modèles, produit des tissus avec des cellules géométriquement irrégulières, semblables à celles observées dans les épithéliums naturels, même quand les propriétés mécaniques des différentes cellules sont identiques. Les analyses théoriques existantes sont cependant, pour la plupart, confinées aux réseaux réguliers hexagonaux. Dans ce travail, nous proposons une analyse théorique d’un modèle de vertex géométriquement désordonné. Nous commençons par quantifier à l’aide de simulations numériques, les propriétés géométriques et mécaniques des cellules, dans des tissus désordonnés produits par différentes règles de division cellulaires ou simplement par la relaxation en présence de bruit. Nous développons ensuite une analyse simple de type « champ moyen » pour décrire ces propriétés. Cette description est étendue au cas d’une cellule ou d’un clone de cellules interagissant avec le tissu environnant aux propriétés mécaniques différentes, une situation qui se retrouve dans différents contextes biologiques. Cela nous permet de jeter un pont entre la théorie et l’expérience et de prédire quantitativement comment cette variation mécanique affecte la géométrie et la topologie et d’ajuster un modèle mécanique aux observations empiriques de la géométrie des membranes cellulaires dans un tissu. Finalement, en collaboration avec le groupe de F. Payre (Université de Toulouse), nous appliquons cette analyse pour décrire la géométrie et la dynamique des divisions cellulaire au cours de la différenciation de l’épiderme de la mouche. Nous nous attachons particulièrement à caractériser les propriétés mécaniques d’un clone de cellules qui prolifère différemment du tissu environnant.

Monsieur l’Administrateur,Mes chers collègues,Chers amis,Mesdames, Messieurs, Qu’est-ce que la vie ? La vie semble être une évidence, mais demeure insaisissable. Est-ce une substance, une structure, un processus ? Pour Henri Bergson, « la vie est une évolution » ; « le corps change de forme à tout instant. […] Ce qui est réel, c’est le changement continuel de forme : la forme n’est qu’un instantané pris sur une transition ». Ces mots soulignent une propriété centrale du vivant, à savoir une p...

The morphogenesis of ovovcocci, which include the human pathogen Streptococcus pneumoniae, involves elongation and division processes associated with cell wall synthesis. The main component of the cell wall is the peptidoglycan, a polymer made of glycan chains cross-linked by peptide chains, which confers the bacterial shape and is essential for cell survival. Peptidoglycan synthesis required for cell elongation and division is performed by large protein complexes called “elongasome” and “divisome”, respectively. The assembly mechanisms and activity of these complexes in the bacterial cell remain mysterious. To image the activity of the peptidoglycan synthesis complexes in vivo at the nanoscale, I developed a method combining D-amino acid derivatives, click chemistry and single-molecule localization microscopy (dSTORM or direct Stochastic reconstruction microscopy). This method allowed obtaining images at a resolution of about 20 nm resolution, revealing unexpected features of peptidoglycan synthesis and challenging the role of some proteins in pneumococcus morphogenesis. By combining these observations with data from the literature, a simplified model of ovococci morphogenesis is proposed., La morphogénèse des ovocoques, dont fait partie le pathogène humain Streptococcus pneumoniae, implique des processus d’élongation et de division associés à la synthèse de la paroi bactérienne. Le composant majeur de cette paroi est le peptidoglycane, un polymère de sucre réticulé par des chaines peptidiques, qui confère la forme de la bactérie et est essentiel à sa survie. La synthèse de peptidoglycane nécessaire à l’élongation et la division bactérienne est effectuée par des complexes protéiques appelés respectivement « élongasome » et « divisome ». Les mécanismes d’assemblage et l’activité de ces complexes dans la cellule bactérienne restent encore non élucidés. Pour imager l’activité des complexes de synthèse du peptidoglycane in vivo à l’échelle du nanomètre, j’ai développé une méthode faisant appel à des dérivés de D-amino acides, à la chimie click et à la microscopie de localisation de molécules uniques (dSTORM ou direct Stochastic reconstruction microscopy). Cette méthode a permis d’obtenir des images à une résolution d’environ 20 nm, révélant des aspects inattendus de la synthèse du peptidoglycane et remettant en question le rôle de certaines protéines dans la morphogenèse du pneumocoque. En combinant ces observations avec les données de la littérature, un modèle simplifié de la morphogénèse des ovocoques est proposé.

L'article presente une recherche qui vise l'elaboration de connaissances permettant a l'enseignant d'EPS de lire et de transformer l'activite des eleves. Plus particulierement, l'etude a porte sur l'analyse de l'organisation motrice d'etudiants de Licence STAPS confrontes a une tâche particuliere en cours de danse contemporaine. Le cadre theorique retenu est de nature anthropo-phenomenologique et assimile la conduite motrice a une gestalt, indissociablement forme et sens. Les resultats mettent en evidence des constituants morphogenetiques de l'organisation motrice, susceptibles de constituer des reperes permettant a l'enseignant d'ajuster ses gestes de guidage face aux reponses des eleves emergeant en situation de classe. L'elaboration, par la recherche, de categories de lecture des conduites motrices questionne neanmoins la facon dont les enseignants peuvent y etre formes. The article presents a research which aims to study development of knowledge allowing physical education teacher to read and transform pupils' activity. More particularly, the study focuses on the analysis of STAPS licence students' motor organization faced with a particular task in contemporary dance. Theoretical framework is anthropo-phenomenological and treats motor behaviour as a gestalt, as form and sense. Results highlight morphogenetical components of motor organization, likely to allow teacher to adjust his guidance gestures in response to pupils' answers arising in class. Development, by research, of reading categories of motor behaviours questions, however, the way to train teachers to its in this area.

Geomorphologische Untersuchungen in der Lüneburger Heide, einer Altmoränenlandschaft im Bereich warthezeitlicher Eisrandlagen in NW-Deutschland, ergaben Hinweise auf Art und Ausmaß der überwiegend periglazialen Umformung des glazigenen Reliefs. Effekte der Umformung sind in Abhängigkeit vom Ausgangsrelief einerseits Talbildung, andererseits Einebnung. Die Taleintiefung bewirkte stellenweise Reliefverstärkung, die Einebnung dagegen Reliefverringerung um 10—15 m. Eine Einebnungsfläche wurde anhand eeminterglazialen Torfes und eines fossilen Bodens sowie mineralischer Sedimente als weichselzeitlich periglaziale Fußfläche datiert. Ihre Entstehung verdankt sie vorwiegend flächenhaften Abflußvorgängen, bei denen Hohlformen aufgefüllt und Kuppen eingeebnet wurden. Die Untersuchung und Kenntnis der periglazialen Umformung kann wichtige Beiträge zur Klärung der Morphogenese der Altmoränengebiete leisten., research

In Anlehnung an Henkel (1909, 1925), Jentzsch (1921), Wolff (1928), V. Bülow (1928), Louis (1936), Limanowski (1936), Richter (1937), Kádár (1963), Eissmann (1967) und Aseev (1968) wird ein Modell entwickelt, nach dem für die Reliefformung des Norddeutschen Flachlandes hauptsächlich subglaziäre Prozesse (Erosion und Sedimentation des Eises und seiner Schmelzwässer) verantwortlich gemacht werden. Die Erhaltung der Formen wird zurückgeführt auf einen Abbau des Eises in der Form des Niedertauens von Toteis bzw. Toteisgürteln. Aus dieser Hypothese wird abgeleitet, daß die Zahl der Endmoränen bzw. Eisrandlagen bei weitem kleiner ist als bisher noch angenommen wird. Da man nämlich nicht mit einem „oszillierend" sich zurückziehenden Eisrand rechnen darf, kann es auch keine „Rückzugsstaffeln" geben. Aus gestaffelt hintereinander auftretenden Höhenzügen läßt sich also keine zeitliche und räumliche Gliederung der Endphase einer Vereisung gewinnen. Die heute generell herrschende Meinung, die Urstromtäler seien als eisrandabhängige Schmelzwasserabflußbahnen sukzessiv entstanden, wird abgelehnt. Sie werden aufgefaßt als bevorzugte Zonen subglaziärer Erosion und Exaration (durch Schmelzwässer und Eis). Unter diesem Aspekt gesehen dürften die Urstromtäler einer Vereisung mehr oder weniger gleichzeitig entstanden sein. Daraus ergibt sich die Folgerung, daß sie genetisch nicht zu Eisrandlagen in Beziehung gesetzt werden können., research

Primary cilia are essential for central nervous system development. In the mouse, they play a critical role in patterning the spinal cord and telencephalon via the regulation of Hedgehog/Gli signaling. However, despite the frequent disruption of this signaling pathway in human forebrain malformations, the role of primary cilia in forebrain morphogenesis has been little investigated outside the telencephalon. Here we studied development of the diencephalon, hypothalamus and eyes in mutant mice in which the Ftm/Rgprip1l ciliopathy gene is disrupted. At the end of gestation, Ftm-/- fetuses displayed anophthalmia, a reduction of the ventral hypothalamus and a disorganization of diencephalic nuclei and axonal tracts. In Ftm-/- embryos, we found that the ventral forebrain structures and the rostral thalamus were missing. Optic vesicles formed but lacked the optic cups. We analyzed the molecular causes of these defects. In Ftm-/- embryos, Sonic hedgehog (Shh) expression was lost in the ventral forebrain but maintained in the zona limitans intrathalamica (ZLI), the mid-diencephalic organizer. In the diencephalon, Gli activity was dampened in regions adjacent to the Shh-expressing ZLI but displayed a higher Hh-independent ground level in the other regions. Our data uncover a complex role of cilia in development of the diencephalon, hypothalamus and eyes via the region-specific control of the ratio of activator and repressor forms of the Gli transcription factors. They call for a closer examination of forebrain defects in severe ciliopathies and for a search for ciliopathy genes as modifiers in other human conditions with forebrain defects.; Les cils primaires sont essentiels au développement du système nerveux central. Chez la souris, ils jouent un rôle essentiel dans l’organisation de la moelle épinière et du télencéphale via la régulation de la signalisation Hedgehog/Gli. Cependant, malgré la perturbation fréquente de cette voie de signalisation dans les malformations du cerveau antérieur chez l'homme, le rôle des cils primaires dans la morphogenèse du cerveau antérieur a été peu étudié en dehors du télencéphale. Pendant mon doctorat, j’ai étudié le développement du diencéphale, de l’hypothalamus et des yeux chez des souris mutantes pour le gène de ciliopathie Ftm/Rgprip1l. En fin de gestation, les fœtus Ftm-/- présentent une anophtalmie, une réduction de l'hypothalamus ventral et une désorganisation du diencéphale. Chez les embryons Ftm-/-, l'expression de Sonic hedgehog (Shh) est perdue dans le cerveau antérieur ventral, mais maintenue dans la zona limitans intrathalamica (ZLI), l'organisateur diencéphalique. Dans le diencéphale, l'activité de Gli est atténuée dans les régions adjacentes à la ZLI, mais montre un niveau de base plus élevé dans les autres régions. Nos données révèlent un rôle complexe des cils dans le développement du diencéphale, de l'hypothalamus et des yeux via le contrôle régional du ratio entre les formes activatrices et répressives des facteurs de transcription Gli. Ils sont en faveur d’un examen plus approfondi des anomalies du cerveau antérieur dans les ciliopathies sévères et de la recherche de gènes de ciliopathie comme modificateurs dans d'autres maladies humaines présentant des anomalies du cerveau antérieur.

Primary cilia are essential for central nervous system development. In the mouse, they play a critical role in patterning the spinal cord and telencephalon via the regulation of Hedgehog/Gli signaling. However, despite the frequent disruption of this signaling pathway in human forebrain malformations, the role of primary cilia in forebrain morphogenesis has been little investigated outside the telencephalon. Here we studied development of the diencephalon, hypothalamus and eyes in mutant mice in which the Ftm/Rgprip1l ciliopathy gene is disrupted. At the end of gestation, Ftm-/- fetuses displayed anophthalmia, a reduction of the ventral hypothalamus and a disorganization of diencephalic nuclei and axonal tracts. In Ftm-/- embryos, we found that the ventral forebrain structures and the rostral thalamus were missing. Optic vesicles formed but lacked the optic cups. We analyzed the molecular causes of these defects. In Ftm-/- embryos, Sonic hedgehog (Shh) expression was lost in the ventral forebrain but maintained in the zona limitans intrathalamica (ZLI), the mid-diencephalic organizer. In the diencephalon, Gli activity was dampened in regions adjacent to the Shh-expressing ZLI but displayed a higher Hh-independent ground level in the other regions. Our data uncover a complex role of cilia in development of the diencephalon, hypothalamus and eyes via the region-specific control of the ratio of activator and repressor forms of the Gli transcription factors. They call for a closer examination of forebrain defects in severe ciliopathies and for a search for ciliopathy genes as modifiers in other human conditions with forebrain defects.; Les cils primaires sont essentiels au développement du système nerveux central. Chez la souris, ils jouent un rôle essentiel dans l’organisation de la moelle épinière et du télencéphale via la régulation de la signalisation Hedgehog/Gli. Cependant, malgré la perturbation fréquente de cette voie de signalisation dans les malformations du cerveau antérieur chez l'homme, le rôle des cils primaires dans la morphogenèse du cerveau antérieur a été peu étudié en dehors du télencéphale. Pendant mon doctorat, j’ai étudié le développement du diencéphale, de l’hypothalamus et des yeux chez des souris mutantes pour le gène de ciliopathie Ftm/Rgprip1l. En fin de gestation, les fœtus Ftm-/- présentent une anophtalmie, une réduction de l'hypothalamus ventral et une désorganisation du diencéphale. Chez les embryons Ftm-/-, l'expression de Sonic hedgehog (Shh) est perdue dans le cerveau antérieur ventral, mais maintenue dans la zona limitans intrathalamica (ZLI), l'organisateur diencéphalique. Dans le diencéphale, l'activité de Gli est atténuée dans les régions adjacentes à la ZLI, mais montre un niveau de base plus élevé dans les autres régions. Nos données révèlent un rôle complexe des cils dans le développement du diencéphale, de l'hypothalamus et des yeux via le contrôle régional du ratio entre les formes activatrices et répressives des facteurs de transcription Gli. Ils sont en faveur d’un examen plus approfondi des anomalies du cerveau antérieur dans les ciliopathies sévères et de la recherche de gènes de ciliopathie comme modificateurs dans d'autres maladies humaines présentant des anomalies du cerveau antérieur.

Astyanax mexicanus is a fish species comprising two strikingly different morphotypes : the classical river-dwelling surface fish and the blind depigmented cavefish. These two morphs differ in many aspects in terms of sensorial modalities, physiology and behaviour. In the Evo-Devo approach, we try to link early developmental differences to later phenotypic modifications. Here we focus on the early modification of the hypothalamus and the eye of the cavefish. We show that early signalling modification of morphogens such as Shh or Fgfs lead to the modification of neuropeptidergic clusters in the hypothalamus via the neuronal fate-specifying transcription factors Lhx. More particularly, we show an increase in NPY and hypocretin cluster size. In turn, this increased hypocretin cluster size triggers a reduction of sleep in the cavefish larva.We also examine the embryonic eye of the cavefish which first develops before degenerating. This eye was previously reported to have a reduced ventral retina. We refine this description by studying the regionalisation of the cavefish optic cup and suggest that this reduction concerns more specifically the temporal retina. We also attempt a first description of the cavefish eye morphogenesis by live imaging on fluorescent transgenic lines. This description reveals a defect in the optic cup invagination of the cavefish. Overall, this work started deciphering the developmental evolution of the cavefish head.; L’espèce Astyanax mexicanus est composée de deux morphotypes de poissons radicalement différents : le très classique poisson de surface vivant dans des rivières et le poisson cavernicole (CF, cavefish) aveugle et dépigmenté. Ces deux morphotypes diffèrent sur de nombreux aspects, aussi bien en termes de modalités sensorielles, qu’en termes de physiologie ou de comportement. L’approche « Evo-Devo » consiste à tenter de relier des différences développementales précoces à des modifications phénotypiques plus tardives. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes concentrés sur les modifications précoces de l’hypothalamus et de l’œil du CF. Nous montrons que des modifications précoces de signalisation de morphogènes tels que Shh ou Fgf conduisent à une modification de la taille des groupes de neurones peptidergiques au sein de l’hypothalamus, via les facteurs de transcription Lhx, impliqués dans la spécification neuronale. Plus particulièrement, nous montrons l’augmentation de taille des groupes de neurones NPY ainsi qu’hypocretine, qui à son tour provoque une réduction du sommeil chez le CF.Nous nous sommes aussi intéressés à l’oeil du CF, qui commence par se développer avant de dégénérer. Une réduction du quadrant ventral de la rétine avait été précédemment décrit. Nous rafinons cette description grâce à une étude de la régionalisation de la coupe optique du CF qui suggère une réduction de la rétine temporale plus spécifiquement. Nous proposons également une première description de la morphogénèse de l’oeil du CF grace à l’imagerie live de lignées transgéniques fluorescentes. Cette étude révèle un défaut d’invagination de la coupe optique chez le CF. Globalement, ce travail ouvre la voie vers une meilleure compréhension de l’évolution de la tête du CF.

Astyanax mexicanus is a fish species comprising two strikingly different morphotypes : the classical river-dwelling surface fish and the blind depigmented cavefish. These two morphs differ in many aspects in terms of sensorial modalities, physiology and behaviour. In the Evo-Devo approach, we try to link early developmental differences to later phenotypic modifications. Here we focus on the early modification of the hypothalamus and the eye of the cavefish. We show that early signalling modification of morphogens such as Shh or Fgfs lead to the modification of neuropeptidergic clusters in the hypothalamus via the neuronal fate-specifying transcription factors Lhx. More particularly, we show an increase in NPY and hypocretin cluster size. In turn, this increased hypocretin cluster size triggers a reduction of sleep in the cavefish larva.We also examine the embryonic eye of the cavefish which first develops before degenerating. This eye was previously reported to have a reduced ventral retina. We refine this description by studying the regionalisation of the cavefish optic cup and suggest that this reduction concerns more specifically the temporal retina. We also attempt a first description of the cavefish eye morphogenesis by live imaging on fluorescent transgenic lines. This description reveals a defect in the optic cup invagination of the cavefish. Overall, this work started deciphering the developmental evolution of the cavefish head.; L’espèce Astyanax mexicanus est composée de deux morphotypes de poissons radicalement différents : le très classique poisson de surface vivant dans des rivières et le poisson cavernicole (CF, cavefish) aveugle et dépigmenté. Ces deux morphotypes diffèrent sur de nombreux aspects, aussi bien en termes de modalités sensorielles, qu’en termes de physiologie ou de comportement. L’approche « Evo-Devo » consiste à tenter de relier des différences développementales précoces à des modifications phénotypiques plus tardives. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes concentrés sur les modifications précoces de l’hypothalamus et de l’œil du CF. Nous montrons que des modifications précoces de signalisation de morphogènes tels que Shh ou Fgf conduisent à une modification de la taille des groupes de neurones peptidergiques au sein de l’hypothalamus, via les facteurs de transcription Lhx, impliqués dans la spécification neuronale. Plus particulièrement, nous montrons l’augmentation de taille des groupes de neurones NPY ainsi qu’hypocretine, qui à son tour provoque une réduction du sommeil chez le CF.Nous nous sommes aussi intéressés à l’oeil du CF, qui commence par se développer avant de dégénérer. Une réduction du quadrant ventral de la rétine avait été précédemment décrit. Nous rafinons cette description grâce à une étude de la régionalisation de la coupe optique du CF qui suggère une réduction de la rétine temporale plus spécifiquement. Nous proposons également une première description de la morphogénèse de l’oeil du CF grace à l’imagerie live de lignées transgéniques fluorescentes. Cette étude révèle un défaut d’invagination de la coupe optique chez le CF. Globalement, ce travail ouvre la voie vers une meilleure compréhension de l’évolution de la tête du CF.

The identification of structuring effects of transportation infrastructure on territorial dynamics remains an open research problem. This issue is one of the aspects of approaches on complexity of territorial dynamics, within which territories and networks would be co-evolving. The aim of this thesis is to challenge this view on interactions between networks and territories, both at the conceptual and empirical level, by integrating them in simulation models of territorial systems. The intrinsically multidisciplinary nature of the question requires first to proceed to a quantitative epistemology analysis, that allow us to draw a map of the scientific landscape and to give a description of common features and specificities of models studying the co-evolution between network and territories within each discipline. We propose consequently a definition of co-evolution and an empirical method for its characterization, based on spatio-temporal correlation analysis. Two complementary modeling approaches, that correspond to different scales and ontologies, are then explored. At the macroscopic scale, we build a family of models inheriting from interaction models within system of cities, developed by the Evolutive Urban Theory (Pumain, 1997). Their exploration shows that they effectively capture co-evolutionary dynamics, and their calibration on demographic data for the French system of cities (1830-1999) quantifies the evolution of interaction processes such as the tunnel effect or the role of centrality. At the mesoscopic scale, a morphogenesis model captures the co-evolution of the urban form and of network topology. It is calibrated on corresponding indicators for local form and topology, computed for all Europe. Multiple network evolution processes are shown complementary to reproduce the large variety of observed configurations, at the level of indicators but also interactions between indicators. These results suggest new research directions for urban models integrating co- evolutive dynamics in a multi-scale perspective.; L’identification d’effets structurants des infrastructures de transports sur la dynamique des territoires reste un défi scientifique ouvert. Cette question est une des facettes de recherches sur la complexité des dynamiques territoriales, au sein desquelles territoires et réseaux de transport seraient en co-évolution. L’objectif de cette thèse est de mettre à l’épreuve cette vision des interactions entre réseaux et territoires, autant sur le plan conceptuel que sur le plan empirique, en les intégrant au sein de modèles de simulation des systèmes territoriaux. La nature intrinsèquement pluri-disciplinaire de la question nous conduit à mener un travail d’épistémologie quantitative, qui permet de dresser une carte du paysage scientifique et une description des éléments communs et des spécificités des modèles traitant la co-évolution entre réseaux et territoires dans chaque discipline. Nous proposons ensuite une définition de la co-évolution, ainsi qu’une méthode de caractérisation empirique, basée sur une analyse de corrélations spatio-temporelles. Deux pistes complémentaires de modélisation, correspondant à des ontologies et des échelles différentes sont alors explorées. A l’échelle macroscopique, nous construisons une famille de modèles dans la lignée des modèles d’interaction au sein des systèmes de villes développés par la Théorie Evolutive des Villes (Pumain, 1997). Leur exploration montre qu’ils capturent effectivement des dynamiques de co-évolution, et leur calibration sur des données démographiques pour le système de villes français (1830-1999) quantifie l’évolution des processus d’interaction comme l’effet tunnel ou le rôle de la centralité. A l’échelle mésoscopique, un modèle de morphogenèse capture la co-évolution de la forme urbaine et de la topologie du réseau. Il est calibré sur les indicateurs correspondants pour la forme et la topologie locales calculés pour l’ensemble de l’Europe. De multiples processus d’évolution du réseau s’avèrent être complémentaires pour reproduire la grande variété des configurations observées, au niveau des indicateurs ainsi que des interactions entre indicateurs. Ces résultats suggèrent de nouvelles pistes d’exploration des modèles urbains intégrant les dynamiques co-évolutives dans une perspective multi-échelles.; 运输基础设施对领土体系结构效应存在的问题远未得到解决。这是复杂的地域 动态的一个方面，其中领土和交通网络正在共同演变。这篇论文的目的是测试 网络和地域之间的相互作用。它将在概念和经验上做到这一点，目的是将其整合 到地域系统的模拟模型中。我们正在处理的问题本质上是多学科的。出于这个原 因，我们首先进行量化的认识论分析。它可以绘制科学的景观图，并精确地描述 每个学科不同模型的结构。我们制定了一个共同进化的定义，并开发了一个基于 时空相关分析的经验表征方法。探索两个互补的建模轨道。它们对应于不同的本 体和尺度。在宏观层面上，我们根据城市演变理论发展起来的城市体系内的相互 作用模型发展了一个模型家族。他们的探索表明，他们实际上捕捉到共同演化的 动力。他们对法国城市系统(1830-1999)的人口统计数据的校准量化了互动过程 的演变。这些例如是隧道效应或网络中心性的影响。在介观尺度上，形态演化模 型捕捉城市形态和网络拓扑的共同演化。根据整个欧洲计算的局部形态和拓扑结 构的相应指标进行校准。网络演进的多个过程被考虑到:成本效益计划，潜在的 突破，自组织。它们似乎是互补的，可以产生所有的真实配置。校准也是按照第 二顺序进行的，也就是指标之间的相互作用，模型重现了现有情况的多样性。这 些结果一方面表明了把城市演变理论与形式演变相结合的理论建构。另一方面， 他们开辟了新一代城市模式的探索，这些模型将不得不整合多尺度协同进化动力 学。

The identification of structuring effects of transportation infrastructure on territorial dynamics remains an open research problem. This issue is one of the aspects of approaches on complexity of territorial dynamics, within which territories and networks would be co-evolving. The aim of this thesis is to challenge this view on interactions between networks and territories, both at the conceptual and empirical level, by integrating them in simulation models of territorial systems. The intrinsically multidisciplinary nature of the question requires first to proceed to a quantitative epistemology analysis, that allow us to draw a map of the scientific landscape and to give a description of common features and specificities of models studying the co-evolution between network and territories within each discipline. We propose consequently a definition of co-evolution and an empirical method for its characterization, based on spatio-temporal correlation analysis. Two complementary modeling approaches, that correspond to different scales and ontologies, are then explored. At the macroscopic scale, we build a family of models inheriting from interaction models within system of cities, developed by the Evolutive Urban Theory (Pumain, 1997). Their exploration shows that they effectively capture co-evolutionary dynamics, and their calibration on demographic data for the French system of cities (1830-1999) quantifies the evolution of interaction processes such as the tunnel effect or the role of centrality. At the mesoscopic scale, a morphogenesis model captures the co-evolution of the urban form and of network topology. It is calibrated on corresponding indicators for local form and topology, computed for all Europe. Multiple network evolution processes are shown complementary to reproduce the large variety of observed configurations, at the level of indicators but also interactions between indicators. These results suggest new research directions for urban models integrating co- evolutive dynamics in a multi-scale perspective.; L’identification d’effets structurants des infrastructures de transports sur la dynamique des territoires reste un défi scientifique ouvert. Cette question est une des facettes de recherches sur la complexité des dynamiques territoriales, au sein desquelles territoires et réseaux de transport seraient en co-évolution. L’objectif de cette thèse est de mettre à l’épreuve cette vision des interactions entre réseaux et territoires, autant sur le plan conceptuel que sur le plan empirique, en les intégrant au sein de modèles de simulation des systèmes territoriaux. La nature intrinsèquement pluri-disciplinaire de la question nous conduit à mener un travail d’épistémologie quantitative, qui permet de dresser une carte du paysage scientifique et une description des éléments communs et des spécificités des modèles traitant la co-évolution entre réseaux et territoires dans chaque discipline. Nous proposons ensuite une définition de la co-évolution, ainsi qu’une méthode de caractérisation empirique, basée sur une analyse de corrélations spatio-temporelles. Deux pistes complémentaires de modélisation, correspondant à des ontologies et des échelles différentes sont alors explorées. A l’échelle macroscopique, nous construisons une famille de modèles dans la lignée des modèles d’interaction au sein des systèmes de villes développés par la Théorie Evolutive des Villes (Pumain, 1997). Leur exploration montre qu’ils capturent effectivement des dynamiques de co-évolution, et leur calibration sur des données démographiques pour le système de villes français (1830-1999) quantifie l’évolution des processus d’interaction comme l’effet tunnel ou le rôle de la centralité. A l’échelle mésoscopique, un modèle de morphogenèse capture la co-évolution de la forme urbaine et de la topologie du réseau. Il est calibré sur les indicateurs correspondants pour la forme et la topologie locales calculés pour l’ensemble de l’Europe. De multiples processus d’évolution du réseau s’avèrent être complémentaires pour reproduire la grande variété des configurations observées, au niveau des indicateurs ainsi que des interactions entre indicateurs. Ces résultats suggèrent de nouvelles pistes d’exploration des modèles urbains intégrant les dynamiques co-évolutives dans une perspective multi-échelles.; 运输基础设施对领土体系结构效应存在的问题远未得到解决。这是复杂的地域 动态的一个方面，其中领土和交通网络正在共同演变。这篇论文的目的是测试 网络和地域之间的相互作用。它将在概念和经验上做到这一点，目的是将其整合 到地域系统的模拟模型中。我们正在处理的问题本质上是多学科的。出于这个原 因，我们首先进行量化的认识论分析。它可以绘制科学的景观图，并精确地描述 每个学科不同模型的结构。我们制定了一个共同进化的定义，并开发了一个基于 时空相关分析的经验表征方法。探索两个互补的建模轨道。它们对应于不同的本 体和尺度。在宏观层面上，我们根据城市演变理论发展起来的城市体系内的相互 作用模型发展了一个模型家族。他们的探索表明，他们实际上捕捉到共同演化的 动力。他们对法国城市系统(1830-1999)的人口统计数据的校准量化了互动过程 的演变。这些例如是隧道效应或网络中心性的影响。在介观尺度上，形态演化模 型捕捉城市形态和网络拓扑的共同演化。根据整个欧洲计算的局部形态和拓扑结 构的相应指标进行校准。网络演进的多个过程被考虑到:成本效益计划，潜在的 突破，自组织。它们似乎是互补的，可以产生所有的真实配置。校准也是按照第 二顺序进行的，也就是指标之间的相互作用，模型重现了现有情况的多样性。这 些结果一方面表明了把城市演变理论与形式演变相结合的理论建构。另一方面， 他们开辟了新一代城市模式的探索，这些模型将不得不整合多尺度协同进化动力 学。

Candida albicans is a fungal human pathogen that can cause life-threatening infections in immunocompromised patients, in part, due to its ability to switch between an oval budding form and a filamentous hyphal form. The small-Rho GTPase Cdc42 is crucial for filamentous growth and, in its active form, localizes as a tight cluster at the tips of growing hyphae. I have used a light-activated membrane recruitment system comprised of the Arabidopsis thaliana Cry2PHR-CibN domains to control the recruitment of constitutively active Cdc42 to the plasma membrane. I have determined how photorecruitment of constitutively active Cdc42 perturbs filamentous growth and where, when and how new filamentous growth is subsequently initiated. My results demonstrate that, upon photorecruitment of constitutively active Cdc42, filament extension is abrogated and a new growth site can be established in the cell. Location of a new filamentous growth site correlates with the length of the initial filament. I have investigated the molecular mechanisms that underlie the disassembly of an initial growth site and the specific location of the new filamentous growth site. In growing hyphae a cluster of vesicles, referred to as a Spitzenkörper, is localized at the tip of the filament. Upon photorecruitment of constitutively active Cdc42, a new cluster of vesicles, with a composition similar to that of the initial Spitzenkörper, appears in the mother cell. I have followed the dynamics of the Spitzenkörper, active Cdc42, sites of endocytosis, secretory vesicles and actin cables subsequent to disruption of the initial growth site in the filament. Taken together, my results suggest that there is competition for growth between the Spitzenkörper and the cluster of vesicles that forms immediately after the photorecruitment of constitutively active Cdc42 and that a dynamic polarity axis can be established in the absence of directional growth., Candida albicans est un pathogène fongique opportuniste de l’Homme, qui peut causer des infections superficielles mais aussi systémiques chez les patients immunodéprimés. Sa virulence est associée à sa capacité de changer d’une forme bourgeonnante à une forme hyphale. La petite GTPase de type Rho, Cdc42, est critique pour la croissance filamenteuse et, sous forme activée, sa localisation est restreinte à l’extrémité des hyphes. J’ai utilisé un système photoactivable, constitué des domaines d’Arabidopsis thaliana Cry2PHR-CibN, pour contrôler le recrutement de Cdc42 constitutivement actif à la membrane plasmique. J'ai déterminé comment le photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif perturbe la croissance filamenteuse et où, quand et comment une nouvelle croissance filamenteuse est ré-initiée. Mes résultats démontrent que, lors du photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif, l'extension du filament cesse puis un nouveau site de croissance s’établit dans la cellule. La localisation de ce nouveau site de croissance est corrélée à la longueur du filament. J'ai étudié les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le désassemblage du site de croissance initial et l'emplacement spécifique du nouveau site de croissance filamenteuse. Dans les hyphes en croissance, un «cluster» de vésicules, appelé Spitzenkörper, est localisé à l'extrémité du filament. Lors du photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif, un nouveau «cluster» de vésicules, de composition similaire à celui du Spitzenkörper initial, apparaît dans la cellule mère. J'ai suivi la dynamique du Spitzenkörper et la localisation de Cdc42 sous forme activée, des sites d'endocytose, des vésicules de sécrétion et des câbles d’actine suite à la perturbation du site de croissance initial dans le filament. Dans l’ensemble, mes résultats indiquent qu'il existe une compétition pour la croissance entre le Spitzenkörper et le «cluster» de vésicules qui se forme immédiatement après le photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif et qu'un axe de polarité dynamique peut être établi en l'absence de croissance directionnelle.

L'objet de cette intervention est d'exposer les enjeux épistémologique, éthique et politique d’un programme de recherche nommé « diagrammatologie », qui est une phénoménologie de la connaissance visant à articuler un régime de fonctionnement de la pensée (la pensée diagrammatique) au processus d’apparition et de disparition des formes dans le devenir (la morphogenèse).

How the brain wires up during development remains an open question in the scientific community across disciplines. Fruitful efforts have been made to elucidate the mechanisms of axonal growth, such as pathfinding and guiding molecules. However, recent evidence suggests other actors to be involved in neuron growth in vivo. Notably, axons develop in populations and embedded in mechanically constrained environments. Thus, to fully understand this dynamic process, one must take into account collective mechanisms and mechanical interactions within the axonal populations. However, techniques to directly measure this from living brains are today lacking or heavy to implement. This thesis emerges from a multidisciplinary collaboration, to shed light on axonal development in vivo and how adult complex axonal morphologies are attained. Our work is inspired and validated from images of single wild type and mutated Drosophila y axons, which we have segmented and normalized. We first proposed a mathematical framework for the morphological study and classification of axonal groups. From this analysis we hypothesized that axon growth derives from a stochastic process, and that the variability and complexity of axonal trees result from its intrinsic nature, as well as from elongation strategies developed to overcome the mechanical constraints of the developing brain. We designed a mathematical model of single axon growth based on Gaussian Markov Chains with two parameters, accounting for axon rigidity and attraction to the target field. We estimated the model parameters from data, and simulated the growing axons embedded in spatially constraint populations to test our hypothesis. We dealt with themes from applied mathematics as well as from biology, and unveiled unexplored effects of collective growth on axonal development in vivo.; La construction du cerveau et de ses connexions pendant le développement reste une question ouverte dans la communauté scientifique. Des efforts fructueux ont été faits pour élucider les mécanismes de la croissance axonale, tels que la guidance axonale et les molécules de guidage. Cependant, des preuves récentes suggèrent que d'autres acteurs seraient impliqués dans la croissance des neurones in vivo. Notamment, les axones se développent dans des environnements mécaniquement contraints. Ainsi, pour bien comprendre ce processus dynamique, il faut prendre en compte les mécanismes collectifs et les interactions mécaniques au sein des populations axonales. Néanmoins, les techniques pour mesurer directement cela à partir de cerveaux vivants sont aujourd'hui insuffisantes ou lourdes à mettre en œuvre. Cette thèse résulte d'une collaboration multidisciplinaire, pour faire la lumière sur le développement axonal in vivo et les morphologies complexes des axones adultes. Notre travail a été inspiré et validé à partir d'images d'axones y individuels chez la drosophile, de type sauvage et modifiés génétiquement, que nous avons segmentés et normalisés. Nous avons d'abord proposé un cadre mathématique pour l'étude morphologique et la classification des groupes axonaux. A partir de cette analyse, nous avons émis l'hypothèse que la croissance axonale dérive d'un processus stochastique et que la variabilité et la complexité des arbres axonaux résultent de sa nature intrinsèque, ainsi que des stratégies d'élongation développées pour surmonter les contraintes mécaniques du cerveau en développement. Nous avons conçu un modèle mathématique de la croissance d'un axone isolé fondé sur des chaînes de Markov gaussiennes avec deux paramètres, représentant la rigidité axonale et l'attraction du champ cible. Nous avons estimé les paramètres de ce modèle à partir de données réelles et simulé la croissance des axones à l'échelle de populations et avec des contraintes spatiales pour tester notre hypothèse. Nous avons abordé des thèmes de mathématiques appliquées ainsi que de la biologie, et dévoilé des effets inexplorés de la croissance collective sur le développement axonal in vivo.

How the brain wires up during development remains an open question in the scientific community across disciplines. Fruitful efforts have been made to elucidate the mechanisms of axonal growth, such as pathfinding and guiding molecules. However, recent evidence suggests other actors to be involved in neuron growth in vivo. Notably, axons develop in populations and embedded in mechanically constrained environments. Thus, to fully understand this dynamic process, one must take into account collective mechanisms and mechanical interactions within the axonal populations. However, techniques to directly measure this from living brains are today lacking or heavy to implement. This thesis emerges from a multidisciplinary collaboration, to shed light on axonal development in vivo and how adult complex axonal morphologies are attained. Our work is inspired and validated from images of single wild type and mutated Drosophila y axons, which we have segmented and normalized. We first proposed a mathematical framework for the morphological study and classification of axonal groups. From this analysis we hypothesized that axon growth derives from a stochastic process, and that the variability and complexity of axonal trees result from its intrinsic nature, as well as from elongation strategies developed to overcome the mechanical constraints of the developing brain. We designed a mathematical model of single axon growth based on Gaussian Markov Chains with two parameters, accounting for axon rigidity and attraction to the target field. We estimated the model parameters from data, and simulated the growing axons embedded in spatially constraint populations to test our hypothesis. We dealt with themes from applied mathematics as well as from biology, and unveiled unexplored effects of collective growth on axonal development in vivo.; La construction du cerveau et de ses connexions pendant le développement reste une question ouverte dans la communauté scientifique. Des efforts fructueux ont été faits pour élucider les mécanismes de la croissance axonale, tels que la guidance axonale et les molécules de guidage. Cependant, des preuves récentes suggèrent que d'autres acteurs seraient impliqués dans la croissance des neurones in vivo. Notamment, les axones se développent dans des environnements mécaniquement contraints. Ainsi, pour bien comprendre ce processus dynamique, il faut prendre en compte les mécanismes collectifs et les interactions mécaniques au sein des populations axonales. Néanmoins, les techniques pour mesurer directement cela à partir de cerveaux vivants sont aujourd'hui insuffisantes ou lourdes à mettre en œuvre. Cette thèse résulte d'une collaboration multidisciplinaire, pour faire la lumière sur le développement axonal in vivo et les morphologies complexes des axones adultes. Notre travail a été inspiré et validé à partir d'images d'axones y individuels chez la drosophile, de type sauvage et modifiés génétiquement, que nous avons segmentés et normalisés. Nous avons d'abord proposé un cadre mathématique pour l'étude morphologique et la classification des groupes axonaux. A partir de cette analyse, nous avons émis l'hypothèse que la croissance axonale dérive d'un processus stochastique et que la variabilité et la complexité des arbres axonaux résultent de sa nature intrinsèque, ainsi que des stratégies d'élongation développées pour surmonter les contraintes mécaniques du cerveau en développement. Nous avons conçu un modèle mathématique de la croissance d'un axone isolé fondé sur des chaînes de Markov gaussiennes avec deux paramètres, représentant la rigidité axonale et l'attraction du champ cible. Nous avons estimé les paramètres de ce modèle à partir de données réelles et simulé la croissance des axones à l'échelle de populations et avec des contraintes spatiales pour tester notre hypothèse. Nous avons abordé des thèmes de mathématiques appliquées ainsi que de la biologie, et dévoilé des effets inexplorés de la croissance collective sur le développement axonal in vivo.

« La Chèvre menteuse » est un récit populaire qui prouve la pertinence de la théorie mimétique de René Girard pour ce qui est de la compréhension du conte folklorique. On y trouve en effet crise d’indifférenciation, doubles mimétiques, transgression, lynchage et même mise à mort salvatrice. Il n’est pas jusqu’à l’évolution morphogénétique de l’histoire qui ne s’y laisse lire : les différentes versions du conte permettent de reconstituer la mutation d’une héroïne coupable vers une héroïne innocente. À la différence du mythe ethnologique cependant, le conte folklorique intègre quantité d’influences culturelles qui rendent malaisée son interprétation. The Lying Goat is a traditional narrative that reinforces René Girard’s mimetic theory about understanding folktales. Indeed, the narrative portrays a crisis of indifferentiation, mimetic characters, transgression, lynching and even saving death. More is revealed with the morphogenetic evolution of history: the different versions of the folktale make it possible to reconstruct the transformation from a guilty heroine to an innocent heroine. Unlike ethnologic myths, however, folktales embody many cultural influences, thus making it difficult to interpret them. 31 janvier 2018

Cells in nature develop in a wide range of forms, following diverse growth patterns. Despite the importance of these fundamental processes, how cells regulate their growth and morphogenesis is still poorly understood. In this thesis, I explored these processes, focusing my investigations on tip growing walled cells and in particular, by exploiting the fission yeast Schyzosaccharomyces pombe, adopting a mainly biomechanical approach. To this aim, I first developed novel methods to measure key cell wall mechanical parameters in vivo and in large scale, which allowed the very first observations of cell wall dynamics. This revealed that the cell wall is softer and highly variable at growing poles, and almost stable and stiffer at non-growing sites. During elongation, there is an interplay between wall mechanics and cell growth, whose active control allows cell expansion while preserving cell integrity. In addition, I observed that there is a strong correlation between cell wall mechanics and cell morphology, and ectopic perturbations of wall properties directly affect shape establishment and maintenance. Together my results show that the regulation of wall mechanics is fundamental in the determination of cell dynamics in tip growing walled cells. Moreover, this suggests that dynamic observation of cell surface mechanics is crucial for a complete understanding of multifactorial and complex processes as growth and morphogenesis., Les cellules dans la nature se développent dans un large éventail de formes, suivant divers modèles de croissance. Malgré l'importance de ces processus fondamentaux, la façon dont les cellules régulent leur croissance et leur morphogenèse est encore mal comprise. Dans cette thèse, j'ai exploré ces aspects, avec une approche principalement biomécanique, en concentrant mes investigations sur des cellules à paroi à croissance de pointe et en exploitant en particulier la levure fissipare Schyzosaccharomyces pombe. J'ai d'abord développé de nouvelles méthodes pour mesurer les paramètres mécaniques clés de la paroi cellulaire in vivo et à grande échelle, ce qui a permis les premières observations de la dynamique des parois cellulaires. Ceci a révélé que la paroi cellulaire est plus souple et très variable au niveau des pôles de croissance, et presque stable et plus rigide dans les sites non cultivés. Au cours de l'allongement, il existe une interaction entre la mécanique des parois et la croissance cellulaire, dont le contrôle actif permet l'expansion cellulaire tout en préservant l'intégrité des cellules. De plus, j'ai observé qu'il existe une forte corrélation entre la mécanique des parois cellulaires et la morphologie cellulaire, et des perturbations des propriétés de la paroi affectent directement l'établissement et la maintenance de la forme. Ensemble, mes résultats montrent que la régulation de la paroi est fondamentale dans la détermination de la dynamique cellulaire dans les cellules à parois épaissies. Globalement, cela suggère que l'observation dynamique de la mécanique de surface cellulaire est essentielle pour une compréhension complète des processus multifactoriels et complexes comme la croissance et la morphogenèse.

The correct development of sensory organs relies on the coordination between changes in progenitor positioning over time and the differentiation/specification of different neural subtypes. The outcome of this coordination is proper organ shape and cell diversity, which are required for functionality. The zebrafish embryonic olfactory epithelium arises from progenitor migration and differentiation. During my PhD, I studied the genetic and molecular basis of morphogenesis in this tissue, and how this is coordinated with neurogenesis, as well as revisiting the origin of olfactory cell type diversity.First, I generated a morphometric map of olfactory progenitors through the characterization of their migration in live embryos. Next, I showed that the proneural transcription factor Neurog1 directly regulates cxcr4b expression, a chemokine receptor that has already been shown to govern olfactory progenitor positioning. Thus, Neurog1 orchestrates olfactory progenitor position and the generation of olfactory neurons via distinct transcriptional targets. Secondly, I addressed the origin of olfactory neuron diversity. Within the embryonic olfactory epithelium, two cell populations (GnRH neurons and microvillous neurons) have been described as cephalic neural crest (CNC) derivatives. I found, however, that the expression of specific markers of both populations is unaffected in a genetic context blocking CNC differentiation. To revisit the lineage assignment of these cell types, I developed a backtracking approach through time-lapse live imaging. I found that both populations are derived from classical olfactory placode progenitor and not the CNC. In conclusion, my results indicate that heterogeneity of olfactory cell-types is locally generated, and concomitant with morphogenesis of the placode.; La formation d'un organe repose sur la coordination spatio-temporelle du positionnement et de la différenciation de progéniteurs. La finalité de ces évènements permet la constitution structurelle de l'organe et la production de la diversité cellulaire nécessaire pour assurer ses fonctions. L'épithélium olfactif de l'embryon de poisson-zèbre est issu de la migration de progéniteurs qui vont générer entre autres les neurones olfactifs. Au cours de ma thèse je me suis intéressé aux bases génétiques et moléculaires de la coordination de la morphogenèse et de la neurogenèse de cet épithélium tout en étudiant l'origine de la diversité des types cellulaires olfactifs. L'imagerie en temps réel m'a permis de caractériser la migration de ces progéniteurs en générant une carte morphométrique de leur déplacement. Mon travail de thèse révèle que le proneural Neurog1 régule directement l'expression de cxcr4b, un récepteur au chimiokine, dans les progéniteurs olfactifs assurant leur positionnement. Ainsi, Neurog1 coordonnerait la position et l'identité des progéniteurs olfactifs via ses cibles transcriptionnelles. Au sein de l'épithélium olfactif dans l'embryon, deux populations cellulaires (neurones à GnRH et neurones à microvillosités) ont été décrites comme provenant des crêtes neurales céphaliques (CNC). J'ai pu montrer que l'expression de marqueurs spécifiques de ces populations n'est pas affectée dans un contexte d'absence de différenciation des CNCs (sox10-/-) suggérant que ces types cellulaires ne dérivent pas de ce territoire. Afin d'identifier leur territoire d'origine, j'ai développé une méthode d'imagerie en temps réel, le backtracking, qui m'a permis de déterminer que la région de la placode olfactive, et non les crêtes neurales, génère ces deux types cellulaires. Ainsi j'ai pu définir la source de ces deux populations neuronales tout en minimisant la contribution des crêtes neurales. En conclusion mes résultats suggèrent que la diversité des neurones olfactifs serait produite localement et ceci conjointement à la morphogenèse de l'épithélium.

The correct development of sensory organs relies on the coordination between changes in progenitor positioning over time and the differentiation/specification of different neural subtypes. The outcome of this coordination is proper organ shape and cell diversity, which are required for functionality. The zebrafish embryonic olfactory epithelium arises from progenitor migration and differentiation. During my PhD, I studied the genetic and molecular basis of morphogenesis in this tissue, and how this is coordinated with neurogenesis, as well as revisiting the origin of olfactory cell type diversity.First, I generated a morphometric map of olfactory progenitors through the characterization of their migration in live embryos. Next, I showed that the proneural transcription factor Neurog1 directly regulates cxcr4b expression, a chemokine receptor that has already been shown to govern olfactory progenitor positioning. Thus, Neurog1 orchestrates olfactory progenitor position and the generation of olfactory neurons via distinct transcriptional targets. Secondly, I addressed the origin of olfactory neuron diversity. Within the embryonic olfactory epithelium, two cell populations (GnRH neurons and microvillous neurons) have been described as cephalic neural crest (CNC) derivatives. I found, however, that the expression of specific markers of both populations is unaffected in a genetic context blocking CNC differentiation. To revisit the lineage assignment of these cell types, I developed a backtracking approach through time-lapse live imaging. I found that both populations are derived from classical olfactory placode progenitor and not the CNC. In conclusion, my results indicate that heterogeneity of olfactory cell-types is locally generated, and concomitant with morphogenesis of the placode.; La formation d'un organe repose sur la coordination spatio-temporelle du positionnement et de la différenciation de progéniteurs. La finalité de ces évènements permet la constitution structurelle de l'organe et la production de la diversité cellulaire nécessaire pour assurer ses fonctions. L'épithélium olfactif de l'embryon de poisson-zèbre est issu de la migration de progéniteurs qui vont générer entre autres les neurones olfactifs. Au cours de ma thèse je me suis intéressé aux bases génétiques et moléculaires de la coordination de la morphogenèse et de la neurogenèse de cet épithélium tout en étudiant l'origine de la diversité des types cellulaires olfactifs. L'imagerie en temps réel m'a permis de caractériser la migration de ces progéniteurs en générant une carte morphométrique de leur déplacement. Mon travail de thèse révèle que le proneural Neurog1 régule directement l'expression de cxcr4b, un récepteur au chimiokine, dans les progéniteurs olfactifs assurant leur positionnement. Ainsi, Neurog1 coordonnerait la position et l'identité des progéniteurs olfactifs via ses cibles transcriptionnelles. Au sein de l'épithélium olfactif dans l'embryon, deux populations cellulaires (neurones à GnRH et neurones à microvillosités) ont été décrites comme provenant des crêtes neurales céphaliques (CNC). J'ai pu montrer que l'expression de marqueurs spécifiques de ces populations n'est pas affectée dans un contexte d'absence de différenciation des CNCs (sox10-/-) suggérant que ces types cellulaires ne dérivent pas de ce territoire. Afin d'identifier leur territoire d'origine, j'ai développé une méthode d'imagerie en temps réel, le backtracking, qui m'a permis de déterminer que la région de la placode olfactive, et non les crêtes neurales, génère ces deux types cellulaires. Ainsi j'ai pu définir la source de ces deux populations neuronales tout en minimisant la contribution des crêtes neurales. En conclusion mes résultats suggèrent que la diversité des neurones olfactifs serait produite localement et ceci conjointement à la morphogenèse de l'épithélium.

The process of morphogenesis is driven by cell division and expansion, which are controlled ina differential manner among cell types and tissues. In plants, the above ground organs arecontinuously produced by the shoot apical meristem (SAM), where the initiation of newprimordia is triggered by the local accumulation of the plant hormone auxin. We study theprocess of morphogenesis in the inflorescence of Arabidopsis thaliana, where flowers areformed in a regular pattern from the SAM.The DNA-binding auxin response factor ARF5/MP plays a central role in the initiation offlowers. After its activation, it induces the expression of LEAFY, AINTEGUMENTA andAINTEGUMENTA-LIKE6 transcription factors necessary for the specification of floralidentity and proliferative growth. However, at the cellular level, the initiation of lateraloutgrowths depends on regional differences in growth. In plant cells, these processes areregulated via modifications of the cell wall. Auxin and its downstream targets are also involvedin these processes, by activating changes in the dynamics of the cortical microtubules, whichresult in changes in growth direction. Auxin also slightly reduces wall rigidity prior to organoutgrowth in the SAM, which results in changes in growth rate. This is correlated with thetranscriptional activation of a number of cell wall modifying genes.Thus, auxin signaling regulates primordium initiation by integrating the activation of atranscriptional regulatory network and both the stiffness and anisotropy of the cell wall, whichdirectly influence the rate and direction of growth.The findings of this thesis provide evidence indicating that the mechanisms of organ initiationat the SAM involve feedbacks where changes in the local properties of the cell wall influencethe molecular regulation of the transcriptional regulatory network. Our results suggest that thismight require the influence from other hormones, different from auxin, that funnel theinitiation of lateral outgrowths.; Le phénomène de morphogenèse est le fruit de la division des cellules et de leur expansion, qui sont contrôlées de façon différentielle selon les types cellulaires et les tissus. Dans le cas des plantes, le méristème apical caulinaire (MAC) produit de façon continue les organes aériens à partir de primordia qui sont initiés suite à l’accumulation locale d’une hormone végétale, l’auxine. Pour étudier le processus de formation des organes aériens, nous utilisons l’inflorescence d’Arabidopsis thaliana, dont les fleurs sont mises en place selon un patron régulier à partir de cellules dérivées de cellules souches. Au cours de ce processus, ARF5/MP– un facteur de réponse à l’auxine se liant à l’ADN – joue un rôle central. Une fois activé, il induit l’expression des facteurs de transcription LEAFY, AINTEGUMENTA et AINTEGUMENTA-LIKE6, qui sont nécessaires pour la spécification de l’identité florale et pour la croissance proliférative. A l’échelle cellulaire, des excroissances latérales sont initiées suite à des hétérogénéités locales de croissance. Dans les cellules végétales, ces différences sont dues à des modifications de la paroi cellulaire impliquant l’auxine et ses cibles, qui induisent des variations dans la dynamique des microtubules corticaux résultant en des changements de direction de croissance. Dans une moindre mesure, l’auxine diminue la rigidité des parois cellulaires préalablement à la formation d’un nouvel organe, conduisant à des changements de taux de croissance. Ceci est corrélé à l’activation transcriptionnelle de nombreux gènes qui sont impliqués dans les modifications de la paroi. Ainsi, la voie de signalisation de l’auxine régule l’initiation des primordia en intégrant d’une part l’activation d’un réseau de régulation transcriptionnelle et, d’autre part, la rigidité et l’anisotropie de la paroi cellulaire, impactant directement le taux et la direction de croissance.Cette thèse soutient l’idée selon laquelle l’initiation des organes dans le MAC repose sur des boucles de rétroaction là où des changements locaux de propriétés de la paroi cellulaire influent sur le réseau moléculaire. Il est probable que d’autres hormones soient nécessaires afin de canaliser l’initiation des organes.

Limb position along the main body axis is highly consistent within one species but very variable among tetrapods. Despite major advances in our understanding of limb patterning in three dimensions, how limbs reproducibly form along the anteroposterior axis remains largely unknown. Hox genes have long been suspected to play a role in this process, however supporting evidences are mostly correlative and a direct role has yet to be demonstrated. Here, using bird embryos, I show that limb position is established very early during development, during the process of gastrulation. I find that the formation of the Lateral Plate Mesoderm (i.e. the embryonic compartment from which limbs will form) is a progressive process and that co-linear activation of Hox genes sequentially patterns it along the antero-posterior axis. Subsequent combinatorial activation and repression activities of Hox genes on limb initiation are particularly critical to pattern the LPM into limb- and non-limb-forming domains. Finally, by analyzing chicken, zebra finch and ostrich embryos which exhibit variation in their forelimb position, I show that relative changes in the timing of co-linear Hox gene activation during gastrulation underlie variation in limb position. Altogether these result shed light on the cellular and molecular mechanism that regulate limb position by showing a direct and early role for Hox genes in this process during gastrulation and provide a mechanism for variation in body plan organization observed in tetrapods.; La position des membres le long du corps est reproductible chez une même espèce mais est très variable entre différentes espèces. Comment les membres acquièrent leur position et quel mécanisme est à l'origine de ces variations est à ce jour non élucidé. De part leur rôle dans la mise en place des axes embryonnaires, les gènes Hox sont depuis longtemps suspectés de jouer un rôle dans ce processus. Cependant les différentes preuves disponibles à ce jour restent indirectes et corrélatives. Chez l'embryon de poulet, je montre que la position des membres est établit précocement au cours du développement, lors de la gastrulation. Je démontre que la formation de la lame latérale (i.e. le tissue d'origine des membres) est un processus graduel et que l'activation séquentielle des gènes Hox spécifie ce tissue en domaines du membre et du flanc. Dans un second temps, une combinaison d'actions activatrice et répressive des gènes Hox sur le programme d'initiation du membre, actions liées à leur organisation colinéaire, est critique pour l'organisation de la lame latérale en domaines du membre et du flanc. Enfin, en étudiant des embryons de différentes espèces d'oiseaux présentant des variations dans la longueur de leur cou et donc dans la position de leur ailes (le poulet, l'autruche et le diamant mandarin), je montre que des changements relatifs dans la séquence d'activation colinéaire des gènes Hox au cours de la gastrulation sous-tendent les variations naturelles de la position de l'aile. L'ensemble de ces résultats montre que les gènes Hox jouent un rôle direct et précoce dans le positionnement des membres et propose un model général de mise en place d'un organisme par ces gènes.

The first part of my thesis is devoted to studying the self-organization of engineered strains of run-and-tumble bacteria Escherichia coli. This project, carried out in collaboration with synthetic biologists at Hong Kong University, has as its objective the exploration and decipherment of a novel self-organization mechanism in multi-species bacterial colonies. This was inspired by the fascinating question of how bacterial ecosystems comprising several species of bacteria can self-organize in space. By considering systems in which two strains of bacteria mutually regulate their motilities, I was able to show that reciprocal density control is a generic pattern-formation pathway: if two strains tend tomutually enhance their motility (strain A moves faster when strain B is present, and conversely),they undergo a pattern formation process leading to demixing between the two strains. Conversely, mutual inhibition of motility leads to pattern formation with colocalization. These results were validated experimentally by our biologist collaborators. Subsequently, I extended my study to systems composed of more than two interacting species, finding simple rules that can predict the spatial self-organization of an arbitrary number of species whose motility is under mutual control. This part of my thesis opens up a new route to understand the self-organization of bacterial colonies with competing strains, which is an important question to understand the dynamics of biofilms or bacterial ecosystems in soils.The second problem treated in my thesis is inspired by the collective behaviour ofmolecular motorsmoving along microtubules in the cytoplasm of eukaryotic cells. A relevant model for the molecularmotors’ motion is given by a paradigmatic non-equilibrium system called Asymmetric Simple Exclusion Process (ASEP). In this one-dimensional lattice- based model, particles hop on empty neighboring sites at constant rates, with a leftright bias that drives the systemout of equilibrium. When connected at its ends to particle reservoirs, the ASEP is a prototypical example of one-dimensional boundary driven phase transitions. Realistic examples, however, seldom involve only one lane: microtubules are made of several tubulin tracks to which the motors can attach. In my thesis, I explained how one can theoretically predict the phase behaviour of complex multilane systems, in which particles can also hop between parallel lanes. In particular, I showed that the onedimensional phase transition seen in the ASEP survives this additional complexity but involves new features such as non-zero steady transverse currents and shear localization., La première partie de ma thèse est consacrée à l’étude de l’auto-organisation de souches génétiquement modifiées de bactéries Escherichia coli. Ce projet, réalisé en collaboration avec des biologistes synthétiques de l’Université de Hong Kong, a pour objectif l’exploration et le décryptage d’un nouveau mécanisme d’auto-organisation dans des colonies bactériennes multi-espèces. Cela a été inspiré par la question fascinante de comment les écosystèmes bactériens comprenant plusieurs espèces de bactéries peuvent s’auto-organiser dans l’espace. En considérant des systèmes dans lesquels deux souches de bactéries régulent mutuellement leurs motilités, j’ai pu montrer que le contrôle de densité réciproque est une voie générique de formation de motifs: si deux souches tendent à faire augmenter mutuellement leur motilité (la souche A se déplace plus vite quand la souche B est présent, et vice versa), ils subissent un processus de formation de motifs conduisant à la démixtion entre les deux souches. Inversement, l’inhibition mutuelle de la motilité conduit à la formation de motifs avec colocalisation. Ces résultats ont étévalidés expérimentalement par nos collaborateurs biologistes. Par la suite, j’ai étendu mon étude à des systèmes composés de plus de deux espèces en interaction, trouvant des règles simples permettant de prédire l’auto-organisation spatiale d’un nombre arbitraire d’espèces dont la motilité est sous contrôle mutuel. Cette partie de ma thèse ouvre une nouvelle voie pour comprendre l’auto-organisation des colonies bactériennes avec des souches concurrentes, ce qui est une question importante pour comprendre la dynamique des biofilms ou des écosystèmes bactériens dans les sols. Le deuxième problème traité dans ma thèse est inspiré par le comportement collectif des moteurs moléculaires se déplaçant le long des microtubules dans le cytoplasme des cellules eucaryotes. Un modèle pertinent pour le mouvement des moteurs moléculaires est donné par un système paradigmatique de non-équilibre appelé Processus Asymmetrique d’Exclusion Simple, en anglais Asymmetric Simple Exclusion Process (ASEP). Dans ce modèle sur réseau unidimensionnel, les particules se déplacent dans les sites voisins vides à des taux constants, avec un biais gauche-droite qui déséquilibre le système.Lorsqu’il est connecté à ses extrémités à des réservoirs de particules, l’ASEP est un exemple prototypique de transitions de phase unidimensionnelles guidées par les conditions aux limites. Les exemples réalistes, cependant, impliquent rarement une seule voie:les microtubules sont constitués de plusieurs pistes de tubuline auxquelles les moteurs peuvent s’attacher. Dans ma thèse, j’explique comment on peut théoriquement prédire le comportement de phase de systèmes à plusieurs voies complexes, dans lesquels les particules peuvent également sauter entre des voies parallèles. En particulier, je montre que la transition de phase unidimensionnelle vue dans l’ASEP survit cette complexité supplémentaire mais implique de nouvelles caractéristiques telles que des courants transversaux stables non-nulles et une localisation de cisaillement.

Epithelial cell shape changes is essential for embryonic morphogenesis. In C. elegans embryos, muscle activity from underneath epidermal cells is one of the two mechanical force inputs driving this process. However, the detailed molecular mechanisms through which muscle activity promotes the polarized elongation along the anterior/posterior (A/P) axis remains to be fully understood. Here, using fast-3D imaging, we discover that embryos rotate after muscle activation and we describe the local and global pattern of embryo rotation induced by muscle activity. Furthermore, we observed that muscles located on opposite sides of the embryo mostly contract alternatively, accounting for embryo rotations. As a consequence, adherens junctions get stretched along the A/P direction during embryo rotations and therefore are under higher tension. Our preliminary results from single molecule imaging showed that more junction material E-cadherin fuses with A/P oriented junctions when there is high tension on these junctions.; Les changements de forme des cellules épithéliales sont cruciaux pour la morphogenèse embryonnaire. Chez les embryons de C. elegans, l'activité musculaire sous les cellules épidermiques est l'une des deux forces mécaniques qui dirigent ce processus. Cependant, les mécanismes moléculaires détaillés à travers lesquels l'activité musculaire favorise l'allongement polarisé le long de l'axe antérieur / postérieur (A / P) restent à être totalement compris. Ici, en utilisant l'imagerie rapide-3D, on découvre que les embryons tournent après l'activation musculaire et on décrit le schéma local et global de la rotation de l'embryon induite par activité musculaire. En outre, on a observé que les muscles des côtés opposés de l'embryon se contractent alternativement, expliquant les rotations de l'embryon. Par conséquent, les jonctions adhérentes sont étirées le long de la direction A / P pendant les rotations de l'embryon et sont donc sous une tension plus élevée. Nos résultats préliminaires d'imagerie en molécule unique ont montré que plus de E-cadhérine, matériau de jonction, fusionne avec des jonctions orientées A / P quand il y a une tension élevée sur ces jonctions.

International audience; L’intention de cet exposé est de revenir sur les « vicissitudes » (Simondon) du schème matière/forme (schème hylémorphique). Le schème figure/fond de la psychologie de la forme (Gestaltpsychologie), comme schème de subversion, apparaît plus pertinent, mais se révèle insuffisant, pour rendre compte de l’avènement de la réalité individuée. A partir de l’hypothèse génétique générale posée par Simondon dans la dernière partie de Du mode d'existence des objets techniques (Paris, Aubier, 1958), on souhaiterait montrer qu’une telle hypothèse, appuyée sur des considérations de morphogenèse physique, permet de penser réflexivement une ontogenèse comme série de résolutions de problèmes. En fixant comme base du raisonnement une notion de diagramme entendue comme technologie intellectuelle de récapitulation encyclopédique, il s’agira de montrer en quoi une épistémologie réflexive de la morphogenèse (pensée comme théorie du dépassement des incompatibilités), couplée à cette technologie graphique, permet de rendre compte d’un schématisme de l’opération inventive comme schématisme de la résolution. On pose alors comme réciproque d’un tel schématisme un effort d’appropriation par la médiation de cette technologie : on nomme un tel effort d’appropriation herméneutique opératoire. La thèse qu’on souhaite alors soutenir est la suivante : le couplage d’un schématisme de l’opération à une herméneutique opératoire permet le dépassement de la dualité du code et du signal dans une théorie de l’information « quantique », et grâce à la technologie diagrammatique, conservation de l’information par encapsulation, autorisant réappropriation et poursuite de l’invention. Les enjeux qui en découlent sont les suivants : d’une part penser l’invention dans une théorie de la croissance discontinue de la réalité ; d’autre part sortir du cercle herméneutique, en suivant la tangente d’une opération diagrammatique, « transcursive », « à même le réel » (Deleuze et Guattari). Le réel apparaîtra ainsi comme le théâtre des opérations qui stabilisent notre rapport au monde (en faisant apparaître des structures) et construisent notre histoire (i.e. la série des étapes et des étages d’une morphogenèse immanente, imprédictible et indéfinie). Ce qui ouvrira au déploiement métaphysique d’une ontogenèse générale de l’être aux différents ordres de grandeur de la réalité telle que l'avait initiée Simondon dans sa thèse principale.

RÉSUMÉ Prenant comme point de départ l'expérience des artistes de la diaspora indienne en Angleterre, l'article propose de repenser le rôle et la signification du terme hybride dans le champ de la danse et de la création contemporaine. Appliqué sans distinction à toute sorte de création artistique à caractère multiculturel, ce terme véhicule une pluralité de sens parfois contradictoires. Le recours à des notions de biologie contemporaine fournira les outils théoriques nécessaires à une analyse des processus de création hybrides, permettant une lecture diversifiée d'expériences souvent perçues comme homogènes. ABSTRACT Taking as starting point the experience of the artists of the Indian diaspora in England, the article suggests rethinking the role and the meaning of the term hybrid in the field of dance and of contemporary creation. Applied without distinction to any kind of multicultural artistic creation, this term conveys a plurality of senses, sometimes contradictory. Notions of contemporary biology will supply the theoretical tools for an analysis of the hybrid processes of creation, allowing a diversified reading of experiences often perceived as homogeneous. RESUMO Ao tomar como ponto de partida a experiência dos artistas da diáspora indiana na Inglaterra, este artigo propõe repensar o papel e o significado do termo híbrido no campo da dança e na criação contemporânea. Aplicado sem distinção a todo tipo de criação artística de caráter multicultural, esse termo veicula uma pluralidade de sentidos, às vezes, contraditórios. O recurso a noções da biologia contemporânea fornecerá as ferramentas necessárias a uma análise dos processos híbridos de criação, permitindo uma leitura diversificada de experiências muitas vezes percebidas como homogêneas.

National audience

National audience

Epithelial cell shape changes is essential for embryonic morphogenesis. In C. elegans embryos, muscle activity from underneath epidermal cells is one of the two mechanical force inputs driving this process. However, the detailed molecular mechanisms through which muscle activity promotes the polarized elongation along the anterior/posterior (A/P) axis remains to be fully understood. Here, using fast-3D imaging, we discover that embryos rotate after muscle activation and we describe the local and global pattern of embryo rotation induced by muscle activity. Furthermore, we observed that muscles located on opposite sides of the embryo mostly contract alternatively, accounting for embryo rotations. As a consequence, adherens junctions get stretched along the A/P direction during embryo rotations and therefore are under higher tension. Our preliminary results from single molecule imaging showed that more junction material E-cadherin fuses with A/P oriented junctions when there is high tension on these junctions., Les changements de forme des cellules épithéliales sont cruciaux pour la morphogenèse embryonnaire. Chez les embryons de C. elegans, l'activité musculaire sous les cellules épidermiques est l'une des deux forces mécaniques qui dirigent ce processus. Cependant, les mécanismes moléculaires détaillés à travers lesquels l'activité musculaire favorise l'allongement polarisé le long de l'axe antérieur / postérieur (A / P) restent à être totalement compris. Ici, en utilisant l'imagerie rapide-3D, on découvre que les embryons tournent après l'activation musculaire et on décrit le schéma local et global de la rotation de l'embryon induite par activité musculaire. En outre, on a observé que les muscles des côtés opposés de l'embryon se contractent alternativement, expliquant les rotations de l'embryon. Par conséquent, les jonctions adhérentes sont étirées le long de la direction A / P pendant les rotations de l'embryon et sont donc sous une tension plus élevée. Nos résultats préliminaires d'imagerie en molécule unique ont montré que plus de E-cadhérine, matériau de jonction, fusionne avec des jonctions orientées A / P quand il y a une tension élevée sur ces jonctions.

This manuscript is a synthesis of ten years of pluridisciplinary research about the shape of the cerebral cortex. A first part presents some generic methods and models, coming from applied maths and computer science, to describe, represent and simulate shapes. I propose contributions in terms of simulation and numerical computation for partial differential equations and spectral analysis on manifolds. In a second part, I aim at showing how the previous framework can be applied to fundamental and clinical questions related to the variability and the morphogenesis of the cerebral cortex. In particular, I am interested in the variability of size and the variability of cortical folding pattern, two phenomena which are confounded during early brain development.The distinction between the two parts must not be seen as a way to deal with pluridisciplinary problems but rather as a choice to address several scientitfic communities at the same time., Ce manuscrit synthétise une dizaine d'années de recherche pluridisciplinaire autour de la forme du cortex cérébral.Une première partie propose un certain nombre de méthodes et modèles génériques, issus des mathématiques appliquées ou de l'informatique, pour décrire, représenter et simuler des formes géométriques. Essentiellement je propose des contributions en termes de simulation et calcul numérique dans le cadre des équations aux dérivées partielles et de l'analyse spectrale sur des variétés.Dans une second partie, je cherche à montrer comment les outils précédents peuvent être appliqués à des questions fondamentales et cliniques relatives à la variabilité et à la morphogenèse du cortex cérébral. En particulier je m'intéresse à la variabilité de taille et à la variabilité du plissement cortical, deux phénomènes qui se confondent lors du développement cérébral précoce.La dissociation entre les deux parties doit moins être vue comme une dissociation dans la façon de traiter des problèmes pluri-disciplinaires que comme un parti pris pour s'adresser en même temps à plusieurs communautés scientifiques.