Un ultramicroscope pour étudier l’altération des circuits neuronaux dans les maladies neurologiques
Mis à jour le 01/02/24
Porteurs du projet : Juliette GODIN et Yann HERAULT – Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC, Strasbourg)
Titre du projet : Etudier l’altération des circuits neuronaux dans des modèles rongeurs de maladies neurologiques et de vieillissement grâce à l’imagerie 3D de tissus transparisés par microscopie de fluorescence à feuille de lumière
Équipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2021 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un ultramicroscope à fluorescence à feuille de lumière pour un montant de 199 000 €
Description de l’équipement
La reconstruction en trois dimensions d’un tissu est désormais indispensable pour comprendre à la fois la physiologie et le dysfonctionnement des organes. A ce jour, la majorité des projets développés dans la région du Grand-Est reposent sur l’imagerie de coupes histologiques de tissus. Or, le simple fait de couper les échantillons entrainent des dommages irréversibles qui peuvent fausser l’interprétation une fois les architectures reconstituées. Un moyen très efficace et non invasif de reconstituer une structure tissulaire en 3D est de réaliser des coupes optiques et ainsi imager chaque plan successivement dans l’organisme ou le tissu entier. Toutefois, l’opacité naturelle des tissus limitant la pénétration de la lumière, l’imagerie 3D de tissus épais n’est possible que si elle est combinée à des méthodes permettant de rendre les tissus transparents. A ce titre, de nombreuses méthodes de transparisation ont été développées, certaines étant plus adaptées à l’un ou l’autre tissu/organisme.
En microscopie, la coupe optique est traditionnellement réalisée à l’aide d’un microscope confocal. Ce type de système est actuellement utilisé par les équipes de Strasbourg pour imager leurs échantillons transparisés (cerveau embryonnaire et adulte, glandes surrénales, rétine). Or, cela implique des temps d’acquisition pouvant aller jusqu’à plusieurs heures, ce qui induit un photoblanchiment des marqueurs fluorescents et l’apparition d’artefacts lors de la reconstruction de l’image finale à partir des multiples champs de vue nécessaire pour couvrir la totalité des grands échantillons. Pour surmonter ces difficultés, l’acquisition d’un nouveau microscope à feuille de lumière optimisé pour l’imagerie de grands échantillons transparisés est indispensable aux chercheurs de l’Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC) de Strasbourg. Ainsi, le système commercial LaVision BioTec Ultramicroscope II, un microscope à feuille de lumière à balayage laser, permettra une imagerie 3D multicolore rapide pour visualiser par exemple un cerveau de souris adulte entier avec un seul champ de vue. Cette approche réduira également considérablement le photoblanchiment et améliorera la vitesse d’acquisition de plusieurs ordres de grandeur.
Ce microscope sera installé sur la plateforme de microscopie optique du centre d’imagerie de l’IGBMC de Strasbourg afin de compléter l’offre de microscopie déjà présente. Cette plateforme est utilisée par des équipes internes à l’IGBMC mais aussi par des équipes de recherche externes. La formation et l’assistance aux utilisateurs seront assurées par 5 ingénieurs de recherche qui possèdent un large éventail de compétences, notamment des techniques de microscopie avancées, des techniques d’immunomarquage, du traitement et de l’analyse d’images. Cet équipement d’’imagerie 3D de tissus transparisés bénéficiera à de nombreux projets en cours sur divers aspects des neurosciences (cancer, vieillissement, troubles neurologiques) actuellement développés au sein de l’Institut. L’objectif commun des 12 équipes (issues de 3 unités de recherche différentes) qui utiliseront en priorité ce microscope est de comprendre comment les circuits neuronaux sont modulés dans des conditions pathologiques ou au cours du vieillissement. En particulier, les chercheurs s’intéresseront à :
- Etudier l’organisation cellulaire associée au dysfonctionnement du cerveau dans des modèles de déficience intellectuelle causée par une mutation de DYRK1A
- Évaluer la différenciation neuronale dans des modèles de trisomie 21, principale cause de déficience intellectuelle d’origine génétique
- Analyser des projections axonales dans des modèles murins de troubles du développement neurologique
- Cartographier la mitophagie (processus de dégradation des mitochondries dysfonctionnelles) dans les maladies neurodégénératives, notamment la maladie de Parkinson
- Étudier l’altération du réseau neuronal dans les modèles de souris de la maladie d’Alzheimer
- Suivre la propagation d’α-synucléine dans des modèles murins de la démence à corps de Lewy
- Étudier la plasticité du cerveau en fonction de la saisonnalité
- Évaluer les réseaux neuronaux impliqués dans l’addiction
- Étudier le dimorphisme sexuel dans les réseaux neuronaux
L’équipement
Microscope à feuillet de lumière financé par le Rotary-Espoir en Tête
L’équipement a été utilisé par plusieurs équipes depuis son installation : des équipes de l’IGBMC en neurosciences (Yann Hérault, Juliette Godin, Pascal Dollé) mais également des équipes externes, comme celles de l’INCI à Strasbourg. Cette technologie de pointe a aussi bénéficié à des équipes de l’institut hors du champ des neurosciences, notamment pour des projets sur le développement de l’intestin, sur le développement embryonnaire précoce ou encore sur la sénescence cellulaire.
Premières utilisations de l’équipement
Les études sur le développement ont commencé. L’équipement a permis l’analyse de la distribution des cellules du cerveau (neurones, glies ou cellules immunitaires) en 3 dimensions. La position des cellules, leur dispersion et comment elles forment des axones sont étudiées pendant le développement en conditions de référence et en conditions pathologiques. Les équipes ont également commencé à comparer la distribution de sous-populations de neurones en fonction du nombre de copies d’un gène impliqué dans des déficiences intellectuelles.
Image de neurones et leurs projections axonales et dendritiques acquise grâce au microscope à feuillet de lumière.
Image du cerveau reconstitué en 3D. La couleur est en fonction de la profondeur, en jaune, parties superficielles en bleu, parties plus profondes.
Prochaines utilisations de l’équipement
L’équipement continuera d’être utilisé pour les projets en cours et permettra d’avancer sur les projets liés au vieillissement du cerveau.
Crédit photo : © Philippe Fraysseix / Théo Brisset
Juliette Godin et Yann Hérault sont respectivement chargée de recherche et directeur de recherche à l’IGBMC à Strasbourg. Juliette Godin a créé en 2015 son équipe de recherche « Mécanismes physiologiques et pathologiques du développement cortical », qui vise à découvrir de nouveaux mécanismes fondamentaux qui dictent l’acquisition du destin cellulaire et la maturation neuronale au cours du développement cortical murin. Yann Hérault s’intéresse à des maladies rares neurodéveloppementales, comme la trisomie 21, les syndromes 16p11.2 et DYRK1A. Son but est de comprendre les mécanismes perturbés qui conduisent à des déficiences intellectuelles, des troubles du spectre autistique ou des déficits de l’attention voire de l’hyperactivité ou à d’autres comorbidités associées.
Témoignage de Juliette GODIN, porteuse du projet :
« Le but de ces projets sera de comprendre les dysfonctionnements du cerveau associés à des pathologies du neurodéveloppement, de la neurodégénérescence et du vieillissement à la résolution de la cellule et dans un cerveau entier intact. Le soutien du Rotary va nous permettre d’acquérir un microscope de fluorescence à feuillet de lumière indispensable pour l’analyse en 3D des interactions cellulaires entre les différentes structures neuronales. Cela devrait permettre une compréhension sans précédent de la façon dont les pathologies peuvent se développer dans l’organisme entier ».
Cet équipement sera installé au sein de l’Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC, Strasbourg).
