Thèse Matière Active Auto-Organisation du Fuseau Mitotique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : École supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris - PSL (ESPCI Paris - PSL) École doctorale : Sciences du Vivant Laboratoire de recherche : Institut Chimie Biologie et Innovation Direction de la thèse : Manuel THERY ORCID 0000000299681779 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 L'architecture du fuseau mitotique est sans doute la structure cytosquelettique la plus conservée dans les systèmes vivants. Malgré son importance cruciale et les nombreux travaux menés en biologie cellulaire et moléculaire, les règles physiques et biochimiques qui déterminent l'assemblage et la dynamique du fuseau restent inconnues. Il existe une grande diversité d'acteurs moléculaires impliqués dans l'assemblage du fuseau chez différents organismes, ainsi que diverses conditions nécessaires à l'activité des centres d'organisation des microtubules. Notre objectif est de mettre en évidence les propriétés les plus fondamentales des fuseaux, essentielles à leur assemblage et à leur fonctionnement, en reconstituant un fuseau minimal composé uniquement de microtubules et de moteurs moléculaires.

Une étude récente menée par notre laboratoire a montré que, sur une couche lipidique, les microtubules peuvent permettre une séparation de phase active de moteurs moléculaires de polarités opposées, sans centre d'organisation. Le mouvement des microtubules associé au transport des moteurs crée des frontières microtubulaires et des domaines spatiaux contenant des moteurs de polarité opposée (Utzschneider et al., PNAS, 2025). Une telle partition de l'espace par la ségrégation des moteurs a ouvert la possibilité de créer une division tripartite et donc une structure bipolaire très similaire à celle des fuseaux mitotiques si l'espace est limité.

L'objectif de ce projet de thèse est d'étudier ces deux caractéristiques clés du fuseau mitotique : la dynamique rapide des microtubules et la géométrie du réseau en 3D, afin de mieux cerner les propriétés réelles des fuseaux mitotiques. Nous proposons donc d'étudier l'encapsulation de mélanges de moteurs et de microtubules dans des gouttelettes d'eau dans l'huile et des vésicules lipidiques déformables (Objectif 1, années 1 et 2). Pour cela, nous bénéficierons de l'implantation de notre équipe à l'Institut Pierre Gilles De Gennes, où les ingénieurs de la plateforme de microfabrication nous aideront à concevoir les dispositifs microfluidiques appropriés. Nous proposons également d'étudier la dynamique des microtubules en faisant varier la concentration en tubuline libre, et de mettre en oeuvre un contrôle spatial de cette dynamique par l'ajout d'activateurs spécifiques du coiffage de l'extrémité négative et de l'élongation de l'extrémité positive (Objectif 2, années 1 et 2). Nous utiliserons également des dispositifs microfluidiques spécifiques pour générer des billes d'hydrogel photopolymérisables destinées à fixer, puis éventuellement à libérer, les signaux activant la dynamique des microtubules. Ces deux études fourniront des informations clés sur les conditions induisant l'auto-organisation des réseaux bipolaires et leur extension par le glissement de microtubules antiparallèles. Nous prévoyons en outre de nous appuyer sur ces connaissances pour reproduire la fonction fondamentale des fuseaux mitotiques, à savoir la séparation des chromosomes. À cette fin, nous utiliserons des billes d'alginate pour catalyser l'allongement local des extrémités « plus » des microtubules et testerons la capacité des réseaux extensibles à les séparer en deux groupes situés aux extrémités opposées du fuseau bipolaire (Objectif 3, 3e année).

Les étudiants apprendront à utiliser de la tubuline purifiée et des moteurs moléculaires pour faire croître in vitro des réseaux dynamiques de microtubules. Ils se familiariseront également avec divers traitements de surface et méthodes microfluidiques permettant de confiner et d'encapsuler ces réseaux. Ils seront formés à l'utilisation de microscopes de pointe pour observer l'auto-organisation des réseaux. Une collaboration en cours avec Jean-François Joanny (Collège de France) permettra de concevoir un modèle physique de séparation de phases active dans l'auto-organisation des fuseaux mitotiques.
recent study by our laboratory has shown that, on a lipid layer, microtubules can enable active phase separation of molecular motors with opposite polarities, without an organizing center. The movement of microtubules associated with motor transport creates microtubule boundaries and spatial domains containing motors of opposite polarity (Utzschneider et al. PNAS, 2025). Such partitioning of space by motors segregation opened up the possibility of creating a tripartite division and thus a bipolar structure much like mitotic spindles if space is limited. reconstitute in vitro the self-organisation of mitotic spindles with purified microtubules and two sets of molecular motors of opposite polarities confined in water-in-oil droplet we will used purified proteins and encaspsulate them in water-in-oil droplets.

Background in physics and chemistry. Notably soft matter physics and biochemistry.
Experience in microsocopy is required.
Experience in cytoskeleton protein purification and handling for in vitro reconstitution would be greatly appreciated.