Imagerie 3D à l’échelle moléculaire de processus rapides et à long terme à l’intérieur de tissus fonctionnels. – soLIVE

Les cellules peuvent être considérées comme des réacteurs dans lesquelles les innombrables interactions biochimiques entre protéines forment les principes chimiques et physiques du fonctionnement cellulaire. D’un coté, les récentes avancées en super-résolution optiques ont révolutionné notre compréhension de ces mécanismes moléculaires grâce à l’observation directe de l’organisation et dynamiques de protéines à l’échelle nanométrique. D’un autre coté, la mise au point des méthodes de microscopie par feuille de lumière a ouvert la possibilité d’imager des échantillons vivants épais en 3D sur des temps longs. Cependant, la profondeur de pénétration des méthodes de super-résolution est limitée due fait de leur mode d’excitation, et les méthodes d’excitation par feuille de lumière sont limitées en terme de résolution spatiale. En conséquence, il n’existe pas à ce jour de solution optimale permettant d’imager en 3D à la fois les dynamiques lentes et rapides de protéines à l’intérieur de tissus vivants à l’échelle des molécules individuelles.

Le projet soLIVE a pour but la mise au point d’un microscope 3D ‘clef en main’ permettant de sonder l’organisation et la dynamique de complexes moléculaires en profondeur sur différentes échelles de temps. Pour réaliser cet objectif ambitieux, nous proposons de combiner sur un même instrument deux méthodes de microscopie de super-résolution, la microscopie par localisation de molécules individuelles (SMLM) et la microscopie par illumination structurée (SIM), avec une architecture de microscope à feuille de lumière récemment développée et brevetée dans notre équipe (soSPIM).

Le système soSPIM permet à la fois l’excitation et la collection du signal à travers un seul objectif à forte ouverture numérique. Il utilise pour cela la combinaison de dispositifs micro-fabriqués présentant des miroirs à 45° avec un système de contrôle du faisceau d’excitation. Si ce système a démontré sa capacité à imager des molécules individuelles jusqu’à 30 µm au dessus d’une lamelle, le suivi de dynamiques lentes et rapides de protéines en profondeur à l’intérieur d’échantillons complexes reste très difficile. Or le développement de ces capacités sur un même instrument représenterait une avancée majeure pour notre compréhension de nombreux processus cellulaires. Cependant, cela nécessite la mise au jour du système actuel avec des méthodes de façonnage du faisceau d’excitation, de correction des aberrations optiques et d’imagerie SIM.

Le projet soLIVE utilisera donc l’architecture simple et évolutive du système soSPIM afin de mettre au point une nouvelle génération de nanoscope multimodal offrant la capacité unique de mesurer l’organisation et les dynamiques de protéines sur plusieurs échelles de temps à l’intérieur d’échantillons biologiques complexes. Pour cela, nous nous appuierons sur les expertises locales en microscopie, ingénierie, traitement du signal et micro-fabrication, et initierons des collaborations étroites avec des partenaires académiques et industrielles pour la dissémination du système dans la communauté scientifique.
Dans le cadre du projet, nous projetons d’utiliser ce système innovant pour l’étude du rôle des sites d’adhésions au cours du développement d’embryons de drosophiles. Ce travail sera mené en étroite collaboration avec les équipes de G. Giannone à l’IINS et de N. Brown à l’institut Gurdon qui sont expert dans ce domaine. Nous projetons, grâce à cet instrument, de mieux comprendre les mécanismes rapides de formations de ces sites d’adhésions et leur évolution sur le long terme au cours du développement de l’embryon.

Sur un plan plus général, ce projet offrira une opportunité au jeune chercheur recruté en 2015 d’affirmer son domaine de recherche au sein de l’équipe tout en élargissant le panel de méthodes développées au sein l’équipe, méthodes largement utilisées au sein de l’IINS et à l’extérieur pour répondre à des questions fondamentales en neurosciences et en biologie cellulaire.