UE Biologie du développement : nouveaux concepts et approches

Responsables : Pradeep Das et Aurélie Vialette

6 crédits ECTS, 46h de CM et TD, 14h de TP 

Enseignant.e.s :

Abstract

Developmental biology is the study of the remarkable processes that lead a single-celled embryo to develop into a highly organized set of cells, i.e. a multicellular organism, sometimes formed of quadrillions of cells, as in the case of elephant.

An essential aspect of all these processes is the spatial and temporal control of gene expression. This spatialisation of gene expression leads inexorably to the specification of cellular identities, and proper cell-cell communication is important for cells to coordinate their activities within a region or between regions. Lastly, an emerging field in developmental biology is mechanics, which elucidates the physical response of cells within a growing organism to changes in their environment.

Because the amount of genetic and molecular data has increased exponentially over the last decades, a major current challenge is to integrate these data into a conceptual framework, such as provided by modelling. Furthermore, such mechanistic models can help to understand the emergence of organism properties from the molecular and cellular scales, by providing experimentally testable predictions. Thus a special feature of the course is a modelling-oriented TP where, during 7 sessions, students work in groups to develop models to address their question of choice. A moniteur helps guide the work throughout. A short presentation is then made to an external jury.

This course will (i) address fundamental and advanced concepts of plant and animal development, (ii) build on classical and state-of-the-art experimental techniques, and (iii) illustrate the utility of quantitative experimental or modelling approaches.

This course is runs in continuity with the L3 Developmental Biology course and the M2 ‘EU Europe’ in Stem Cells and Development in Plants and Animals. It also advances concepts you have encountered before in L3 TPs such as Physiology, Development or Molecular genetics. The concepts you learn here will help you with subject matter such as genetics, epigenetics, cell biology, system biology, evolution etc. that you will come across in other courses in your M1 and M2.

Résumé en Français

La biologie du développement regroupe les études des processus remarquables qui permettent à un embryon unicellulaire de se développer en un ensemble organisé de cellules, c’est-à-dire un organisme pluricellulaire parfois formé de plus d’un billiard de cellules par exemple dans le cas d’un éléphant !

Un aspect essentiel de ces processus est le contrôle spatio-temporel de l’expression des gènes. Cette régulation de l’expression des gènes conduit à la mise en place des identités cellulaires. La communication intercellulaire est également importante pour la coordination de l’activité des cellules au sein d’une région de l’organisme ou entre différentes régions. Enfin, un champ disciplinaire émergent en biologie du développement est la mécanique qui étudie les réponses physiques des cellules au changement d’environnement auquel elles sont soumises au sein d’un organisme en croissance. L’ensemble de ces grands concepts sont abordés dans cette UE.

Avec l’augmentation exponentielle des données génétiques et moléculaires au cours des dernières décennies, un challenge majeur est de parvenir à intégrer ces données en un modèle de travail cohérent ce que propose la modélisation. De plus, de tels modèles mécanistiques peuvent permettre de comprendre les propriétés émergentes d’un organisme aux échelles moléculaires et cellulaires en fournissant des hypothèses qui peuvent être testées expérimentalement. Pour comprendre ces nouvelles approches, un TP de 6 séances est dédié aux approches de modélisation : les étudiants travaillent en groupe pour développer un modèle qui permet de répondre à une question libre de leur choix. Un moniteur suit ce travail et guide le groupe tout au long des séances. Une présentation courte permet de restituer ce travail devant un jury externe au TP.

Cette UE permet (1) d’acquérir les concepts fondamentaux et actuels de la biologie du développement des animaux et des plantes, (2) de comprendre les techniques expérimentales classiques et récentes de la discipline et (3) d’illustrer la nécessité des études expérimentales quantitatives et de la modélisation.

Cette UE permet une continuité entre l’UE de biologie de développement de L3 et celle de M2 « EU Europe’ in Stem Cells and Development in Plants and Animals ». Elle développe également des concepts vus en TP de L3 tels que ceux de Physiologie, Développement ou Génétique moléculaire. Les concepts étudiés dans cette UE vous aideront également à aborder d’autres disciplines que vous rencontrerez lors de votre M1 ou M2 telles que la génétique, l’épigénétique, la biologie cellulaire, la biologie des systèmes, l’évolution etc.

Prérequis

Students will not need mathematical or computational knowledge, but a basic knowledge of developmental biology will be assumed.

Objectifs disciplinaires

• Connaître les concepts de robustesse du développement, patterns récurrents, plasticité phénotypique
• Connaître les concepts liés à la communication intercellulaire, la signalisation mécanique
• Comprendre les transitions développementales
• Acquérir la connaissance des méthodologies utiles en biologie du développement (génétique, imagerie, approches quantitatives etc)
• Connaître les bases de la modélisation et savoir interagir avec les modélisateurs en tant que biologiste, bioinformaticien…

Modalités de contrôle des connaissances

• 60% Contrôle Continu : 30% 3 quizz (QCM ou réponses courtes), chacun sur le contenu de 3-4 cours ; 15% 1 projet de 2 pages par groupe de 3 - 4 étudiant.e.s sur un sujet de leur choix ; 15% 1 modèle généré en groupe pendant 7 séances de TP

• 40% Contrôle Terminal écrit (2h en fin d'UE) : questions de cours et d’analyse de données expérimentales dans 2-3 domaines différents