Nanodynamic Imaging of Leukemic Cell Adhesion

Type d’annonce: Proposition – Thèses

Description de la proposition:

DOC2AMU is a European COFUND interdisciplinary PhD project.

Cell junctions play a key role in the integrity of biological tissues, via Cell Adhesion Molecules (CAMs).
In particular, in the bone marrow, interactions between hematopoietic and stromal cells allow the
mutual transmission of signals involved in the development and homeostasis of both cell types. This
crosstalk also involves adhesion mechanisms, with a major impact on the physiology of
hematopoietic and stromal cells (development, maintenance, proliferation). Partner I (A. Sergé & M.
Aurrand-Lions, Leuko/Stromal Interactions team, CRCM) is specialized in these interactions,
especially for integrins and Junctional Adhesion Molecules (JAMs, De Grandis et al. Cell Mol Life Sci
2015). In physiological context, the team reported contacts between JAM-C-expressing
hematopoietic stem cells and JAM-B-expressing stromal cells (Arcangeli et al. Blood 2011). These
interactions are deeply revised in tumor context. Preliminary data show that JAM-C-mediated
adhesion of leukemic stem cell (LSC) to the stroma is involved in Cell-Adhesion-Mediated Drug
Resistance (CAM-DR), suggesting that JAM-C constitutes a potential therapeutic target in leukemia.

Recent advances in optical nanoscopy completely revisited the classic pattern of static adhesion
structures in cells (Rossier et al. Nat Cell Biol 2012; Paszek et al. Nature 2014). Major players, such as
integrins and their adapters, are tightly regulated by association/dissociation mechanisms,
modulated according to pathophysiological conditions and signals received by the cell. Brief episodes
of confinement or colocalization can reveal molecular events leading to cellular pathway activation.
Hence, discrete events can lead to critical outcomes, thanks to non-linear amplification, as often
reported in cell signaling. Moreover, integrin-mediated adhesion to collagen, a major component of
the extracellular matrix (ECM), is profoundly implicated in tumor evolution. Analysis of molecular
trajectories with our homemade software MTT (Serge et al. Nat Met 2008; Rouger et al. JoVE 2012)
in combination with simultaneous monitoring on the fine distribution of collagen in the close
environment of the living cell will identify interactions during the onset and stabilization of leukemic
cells/stroma contacts. Ultra-resolved imaging will document the role of CAMs in the dynamic
establishment of cell/cell and cell/ECM adhesion in real time. We will notably study cells weakly or
strongly expressing JAM-C, to assess the impact of blocking antibodies in LSC/stroma interaction.

Simultaneous visualization of collagen fibers and CAM dynamics requires developing a specific,
multi-modal imaging system on live cells. Partner II (S. Monneret, biophotonics group, Fresnel
Institute) will conduct such an instrumental development thanks to its expertise both in nanoscopy
(Bon et al. Nature Comm. 2015) and in phase imaging (development of a now commercially available
phase imaging system in close collaboration with a SME). Partner II already proposed a fluorescence/
phase bimodal microscope (Bon et al. JBO 2012) and more recently a modality particularly adapted
to enhance real-time visualization of collagen fibers (Aknoun et al. Opt Exp 2014). In this project, we
propose to improve the system so as to combine single molecule fluorescence imaging in the visible
wavelengths range, with both phase and intensity imaging in the infrared (IR) range. Indeed, cancer
cells exhibit remarkable IR signatures through collagen and lipids, especially in IR wavelengths, which
could be exploited. Partner III, First Light Imaging, is a company that provides world fastest cameras
with single-molecule sensitivity, initially developed for astronomy. We plan to integrate this new
generation of cameras into the phase imaging system. EMCCD has already been integrated for
nonlinear phase imaging (Berto et al. PRL 2012). We will use it either in 2D, plating cells on coated
coverslips, or in 3D, cultivating cells within collagen spheroids, to obtain more physiological cell
geometries.

Co direction with Michel Aurrand-Lions (CRCM) and Serge Monneret (Fresnel Institute)

Further description:
http://doc2amu.univ-amu.fr/en/nanodynamic-imaging-of-leukemic-cell-adhesion

Proposé par: Arnauld Sergé
Email: arnauld.serge@univ-amu.fr
Website: http://crcm.marseille.inserm.fr
Laboratoire/Institution: Cancer Research Centre of Marseille (CRCM) Inserm U 1068 / Fresnel Institute, CNRS UMR 7249
Adresse: 27 bd Lei Roure, CS 30059, Marseille, 13273, France
Details en pdf: http://gdr-miv.fr/gdr/wp-content/uploads/formidable/Serge-Nanodynamic-imaging-leukemic-cell-adhesion.pdf

Fully funded PhD position

Type d’annonce: Proposition – Thèses

Description de la proposition:

A fully funded PhD position is available in my lab at the ‘Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire’ (CNRS UMR7275) in Sophia-Antipolis, France (https://www.ipmc.cnrs.fr/cgi-bin/ipmcx.cgi).

This PhD is part of the international SIGNALIFE PhD program (http://signalife.unice.fr/) and application will have to go through the program selection process exclusively (Application Form: http://signalife.unice.fr/17.php).
The deadline for applications to the SIGNALIFE PhD program is April 1st.

Candidates should separately send their CV, including grades and ranking when possible, and email addresses of two references to Dr Stéphane MARTIN (martin@ipmc.cnrs.fr)

Proposé par: Stéphane MARTIN
Email: martin@ipmc.cnrs.fr

Laboratoire/Institution: IPMC CNRS UMR7275
Adresse: 660 route des lucioles, Valbonne, 06560, France
Details en pdf: http://gdr-miv.fr/gdr/wp-content/uploads/formidable/PhD-project-MARTIN.pdf

Thèse : Modélisation du couplage des dynamiques génétiques et cellulaires de la morphogenèse animale validée par reconstructions quantitatives (Montpellier).

Type d’annonce: Proposition – Thèses

Description de la proposition:

POUR POSTULER : http://www.adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?langue=fr&site=cbs2&matricule_prop=9603

Ce sujet de thèse interdisciplinaire, à l’interface CBS2 / I2S, est proposé en codirection entre Patrick Lemaire (Biologie du développement, imagerie) et Christophe Godin (plantes virtuelles à différentes échelles, modèles mécaniques en biologie) avec la participation significative à l’encadrement d’Emmanuel Faure (reconstruction quantitative des phénomènes biologiques, modélisation multi-échelles du développement). Les compétences très complémentaires des trois équipes seront combinées dans le but, 1) de construire un modèle computationnel en trois dimensions du développement précoce d’une chordé marin simple (Ascidie), 2) de coupler ce modèle de la morphogenèse avec un modèle du réseau de régulation génétique, et 3) de valider ces modèles par la reconstruction quantitative des ascidies. Ce projet s’inscrit dans la dynamique d’interdisciplinarité de l’Institut de Biologie computationnelle de Montpellier à travers le workpackage 4. Il est, de plus, partiellement soutenu par une ANR 2014 (Digital Embryos), qui ne comprend pas de bourse de thèse.

Projet :

La biodiversité sur terre est la résultat d’une évolution conjointe de deux programmes de développement: d’une part la différentiation cellulaire induite par le programme génétique, et d’autre part, la morphogenèse qui découle des dynamiques biomécaniques. Le développement embryonnaire est, de par sa complexité, encore largement inexpliqué et le lien entre la forme et la fonction, est bien établi mais mal compris.

Le but de ce projet de thèse est, à travers une approche de la modélisation des processus du développement, de mieux comprendre l’impact de la morphologie de la cellule sur son métabolisme. Ce projet propose de lever les verrous de la conception et de la validation d’une modélisation multi-échelles de la morphogenèse animale intégrant les dynamiques fonctionnant à différentes échelles.

Il s’articule autour de 2 axes principaux :

– Effectuer un couplage de la modélisation des processus gouvernant la morphogenèse comprenant les échelles des gènes, des réseaux de régulations génétiques, de la cellule unique et des tissus. Ce couplage s’effectuera en intégrant les sorties du réseau de régulation sous la forme de contraintes biomécaniques influant sur le comportement cellulaire. Il prendra la forme d’un modèle computationnel, développé dans une plateforme de simulation permettant d’intégrer les différentes échelles, tout en tenant compte des informations partielles ou manquantes.

– Valider les modèles par la reconstruction quantitative multi-échelles de la morphodynamique de l’embryogenèse. Chaque paramètre du modèle sera ainsi évalué par une comparaison systématique à des données obtenues par imagerie à feuille de lumière 4D des embryons d’animaux marins : les ascidies.

Mise en oeuvre du projet:

Nous proposons ici de modéliser un des évènements les plus importants de la morphogenèse animale, la gastrulation, au cours de laquelle les précurseurs des organes digestifs sont positionnés à l’intérieur centre de l’embryon. Cette étude se fera dans un organisme invertébré marin original, une ascidie, choisie pour son appartenance au groupe frère des vertébrés – les tuniciers -, pour la simplicité de son anatomie embryonnaire, et pour le petit nombre de cellules, très transparentes, qui forment ses embryons.

Chez l’ascidie, la première étape de la gastrulation ne contient, ni division cellulaire endodermique, ni migration cellulaire, et donc la déformation globale de l’embryon est la somme des déformations individuelles des cellules. Nos études précédentes [Munro et al., 2006; Sherrard et al., 2010] nous ont conduit à proposer que les cellules de l’endoderme ont un rôle moteur dans l’invagination, qui résulte de deux phases successives: une constriction de l’apex des cellules de l’endoderme qui aplatit l’hémisphère végétatif de l’embryon, puis un raccourcissement le long de l’axe apico-basal de ces cellules, qui génère une invagination profonde.

Des de travaux en cours ([Guignard et al 2014] thèse de Leo Guignard codirigé par P. Lemaire et C. Godin) ont permis, pour la première fois, à l’aide d’une imagerie rapide et haute résolution (DSLM multiangle [Keller et al., 2008]) de segmenter les contours cellulaires et de reconstruire l’arbre de lignage cellulaire (l’histoire de chaque cellule) de l’ascidie jusqu’à la fin de la gastrulation.

Afin de mieux comprendre les rôles des processus génétiques et des comportements cellulaires impliqués dans l’embryogenèse, nous désirons maintenant, effectuer un modèle 3D des mécanismes de la morphogenèse impliqués durant la gastrulation de l’ascidie.

L’étudiant devra créer un modèle du développement cellulaire basé sur un système multi-agents ou chaque agent autonome représentera l’unité fondamentale de la cellule. Ces agents seront défini par un ensemble de propriétés biomécaniques comme l’adhésion, la déformation etc.. Un modèle Booléen du réseau de régulation génétique [Faure et al 2012] sera intégré au sein de chaque agent et permettra ainsi d’établir une relation causale entre les gènes impliqués dans la gastrulation et leurs influences sur ces propriétés.

Cette modélisation sera effectuée dans un contexte contraint par l’ensemble des données expérimentales reconstruites. Ainsi, à l’aide de la poursuite du travail en cours de Léo Guignard, une reconstruction complétement automatisée [Faure et al in Press] d’embryons mutants permettra de calibrer les différents paramètres du modèle en minimisant, dans une démarche d’inversion de modèle, l’écart entre l’embryon observé digitalisé et l’embryon simulé.

L’ensemble de ces approches, rendues possible par la combinaisons des savoirs faire complémentaires des trois équipes, permettra pour la première fois de coupler une modélisation 3D de la morphogenèse et avec celui du réseau de régulation génétique. Cette thèse vise ainsi à apporter des éléments de réponses à cette question fondamentale de la biologie du développement : « Comment est-ce que le génome contrôle la morphogenèse ?».

Profil d’étudiant(e) recherché:

L’étudiant devra avoir un fort intérêt pour des thématiques de biologie cellulaire et d’imagerie, et des connaissances solides en modélisation physique/ingénierie/simulation informatique. Plusieurs cursus de masters transdisciplinaires français (eg parcours M2 de biologie des systèmes cellulaires de l’ENS Paris; interface physique systèmes biologiques Paris-Diderot) ou étrangers (Master Molecular Organisation and Assembly in Cells; Warwick University, UK) offrent des formations adéquates. Par le projet proposé l’étudiant(e) développera une double culture dans les thématiques de biologie, physique, et de la modélisation.

POUR POSTULER : http://www.adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?langue=fr&site=cbs2&matricule_prop=9603

Proposé par: Emmanuel FAURE
Email: emmanuel.faure@inria.fr
Website: http://www.crbm.cnrs.fr/index.php/fr/
Laboratoire/Institution: Centre de Recherche de Biochimie Macromoléculaire (CNRS-CRBM)
Adresse: 1919, route de Mende, Montpellier, 34293, France
Details en pdf:

Tomographic Diffractive Microscopy: Development and Applications

Type d’annonce: Proposition – Thèses

Description de la proposition:

Optical microscopy techniques are among the preferred methods for biological studies thanks to their unique capability of imaging living specimens in 3-D. Tomographic diffractive microscopy (TDM) is a new technique [1], combining microholography with tomographic acquisitions. The MIPS laboratory develops this technique in transmission [2-5], in reflection [6,7], and with specimen rotation [8,9].

Our research project now aims at:
– further improving the resolution, in order to obtain an isotropic 3-D resolution in the 100 nm range for non-fluorescent specimens,
– developing new tomographic reconstruction methods, to expand the domain of applicability of TDM (Rytov approximation, complex field deconvolution)
– testing the instrument for biological investigations.
The selected candidate will join an active and recognized research group. Competences in optics/photonics, and/or image processing/instrumentation/computer sciences are necessary.
First, the high-resolution tomographic systems at MIPS will be upgraded. Theoretical and experimental work will be carried out in-home, to test new reconstruction methods. Work on biological samples will be performed through collaboration with IGBMC in Strasbourg (Dr Marc Ruff’s team), with help of a post-doc student to be recruited on the same topic.
Standard Fellowship: 1 684,93 €/month.
For more information, please contact:
Pr. Olivier Haeberlé
Laboratoire MIPS, 61 rue Albert Camus 68093 Mulhouse cedex
Tél: + 33 (0)3 89 33 76 11 Fax : + 33 (0)3 89 33 76 05 olivier.haeberle@uha.fr
[1] O. Haeberlé, K. Belkebir, H. Giovaninni and A. Santenac J. Mod. Opt. 57, p. 686 (2010)
[2] M. Debailleul, B. Simon, V. Georges, V. Lauer, O. Haeberlé, Meas. Sci. Technol. 19, 074009 (2008)
[3] B. Simon, M. Debailleul, V. Georges, V. Lauer, O. Haeberlé, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 44, p. 29 (2008)
[4] M. Debailleul, V. Georges, B. Simon, R. Morin and O. Haeberlé, Opt. Lett. 34, p. 79 (2009)
[5] B. Simon, M. Debailleul, A. Beghin, Y. Tourneur, O. Haeberlé, J. Biophotonics, 3, p. 462 (2010)
[6] M. Sarmis, et al., J. Mod. Opt. 57, p. 740 (2010)
[7] H. Liu, J. Bailleul, B. Simon, M. Debailleul, B. Colicchio and O. Haeberlé, Appl. Opt. 53, p. 748 (2014)
[8] S. Vertu, J.-J. Delaunay, I. Yamada and O. Haeberlé, Centr. Eur. J. of Phys. 7, p. 22 (2009)
[9] S. Vertu, J. Flügge, J.-J. Delaunay, and O. Haeberlé, Centr. Eur. J. of Phys. 9, pp. 969-974 (2011)

Proposé par: Olivier Haeberlé
Email: olivier.haeberle@uha.fr
Website: http://www.mips.uha.fr
Laboratoire/Institution: Laboratoire MIPS – Université de Haute-Alsace, Mulhouse
Adresse: 61 rue Albert Camus, Mulhouse, 68093, France
Details en pdf: http://gdr-miv.fr/gdr/wp-content/uploads/formidable/PhDTomoBio2015.pdf

Offre de thèse: Super-resolution fluorescence microscopy study of the mechanisms of recognition and repair of UV-induced DNA damage.

Type d’annonce: Proposition – Thèses

Description de la proposition:

Damaged DNA generates mutations and genomic instability that ultimately threaten cell or organism viability. Recognition of DNA damage is a very challenging cellular process, which consists in detecting rare modifications to the DNA in a large pool of intact genomic material. The goal of the proposed project is the study of the dynamics of DNA damage localisation, recognition and repair processes in the radiation-resistant bacterium Deinococcus radiodurans. The project will focus on the so-called “nucleotide excision repair pathway”, that is responsible for the removal of a wide variety of structurally unrelated lesions. The objectives are to investigate the cellular localisation and dynamics of these proteins in vivo using “super-resolution” fluorescence microscopy. In this frame, the so-called “PALM” super-resolution microscopy technique, based on the detection of single molecules, will be developed so as to carry out quantitative, multi-colour imaging. We expect this work to shed light on the mechanisms used by repair proteins to locate and repair their DNA substrates and, at the same time to contribute to the development of nanoscale fluorescence imaging.
This PhD project is one of the 35 proposed projects offered by the CEA for 2014-2015 as part of the Irtelis PhD programme.
To apply, candidates should follow the instructions found on this page:
http://www-dsv.cea.fr/en/phd-program/irtelis-competitive-phd-recruitment
Deadline for applying: 27th March 2015
Selected applicants will be interviewed on May 21st.
Candidates interested in this PhD project should contact Joanna Timmins (joanna.timmins@ibs.fr) before applying.

Proposé par: Dominique Bourgeois
Email: dominique.bourgeois@ibs.fr
Website: http://www.ibs.fr/groups/dynamics-and-kinetics-of-molecular/pixel/?lang=en
Laboratoire/Institution: Institut de biologie structurale, UMR 5075
Adresse: 71 AVENUE DES MARTYRS, Grenoble, 38 044, France
Details en pdf: http://gdr-miv.fr/gdr/wp-content/uploads/formidable/Projet-de-thèse-Timmins-Bourgeois-2015.pdf