Un microscope de super-résolution pour l’étude des mécanismes moléculaires de maladies du cerveau

Publié le : 21 avril 2022

Mis à jour le 03/04/24

 

Porteur du projet : Christophe LETERRIER – Institut de Neurophysiopathologie (Marseille)

Titre du projet : La microscopie super-résolutive, clé pour comprendre au niveau moléculaire les fonctions et dysfonctions des cellules du cerveau

Équipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2021 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un microscope “tout-en-un” pour la super-résolution PALM/STORM pour un montant de 180 000 €

 

« Je tiens à remercier chaudement le Rotary et la FRC, qui ont permis à notre recherche de progresser. La cérémonie de remise des prix à laquelle j’ai pu participer en Février 2022 au domaine Jean-Marc Brocard en Bourgogne a été pour moi un événement émouvant, l’occasion de présenter nos recherches et nos espoirs aux organisateur de l’Espoir en Tête et de réaliser à quel point la société compte sur nous pour avancer dans notre compréhension des maladies neurodégénérative et espérer mettre à jour de nouvelles voies thérapeutiques. » – Christophe Leterrier

 

Description de l’équipement

La microscopie optique de fluorescence a révolutionné la biologie en permettant l’accès aux processus cellulaires dans leur environnement naturel. Cependant, la résolution d’un microscope optique est physiquement limitée à environ 200nm. De nouvelles techniques optiques, appelées microscopie de super-résolution, peuvent désormais dépasser cette limite et permettre d’observer les détails jusqu’à 20 nm. Parmi ces techniques super-résolutives, la microscopie de localisation photoactivée et la microscopie à reconstruction optique stochastique (PALM/STORM) sont basées sur l’activation successive de fluorophores individuels suivie de leur localisation précise, ce qui permet la reconstruction progressive d’images étonnamment détaillées. La microscopie PALM/STORM présente plusieurs avantages, dont une meilleure résolution spatiale, une localisation de différents marqueurs en multicouleurs et une application possible à des échantillons vivants.

L’échelle nanoscopique est primordiale pour la compréhension du système nerveux, car le fonctionnement neural dépend de complexes macromoléculaires dont les détails restent hors d’atteinte pour la microscopie de fluorescence classique : synapses, épines dendritiques, cytosquelette, endosomes, macrocomplexes nucléaires. Ce premier équipement tout-en-un pour la microscopie de super-résolution PALM/STORM sera installé au sein de l’Institut de Neurophysiopathologie (INP) à Marseille. Il viendra compléter la nouvelle plateforme NeuroCellular Imaging Service (NCIS) qui vise à offrir aux chercheurs du campus NeuroTimone un accès aux technologies de pointe en microscopie. Ainsi, l’acquisition de ce microscope apportera un niveau d’étude supplémentaire crucial. Le porteur de la demande (Christophe Leterrier) et son équipe sont experts dans le domaine de la microscopie PALM/STORM, et continuent à développer de nouvelles modalités d’acquisition et d’analyse d’image.

8 projets de l’INP ont été sélectionnés pour utiliser cette installation et montreront comment cette échelle nanoscopique bénéficiera à l’étude des mécanismes moléculaires et cellulaires de maladies ciblées par les chercheurs de l’INP : pathologies neurodégénératives (maladie de Charcot, maladie d’Alzheimer) et glioblastome :

1. Développement d’approches nouvelles pour l’étude de l’actine axonale dans des modèles cellulaires de la maladie d’Alzheimer (C. Leterrier).
2. Exploration de l’environnement nanoscopique des récepteurs olfactifs dans le cerveau (F. Féron).
3. Organisation d’ARN nucléaires et leur contribution à la pathogenèse de la maladie de Charcot (A-M. François-Bellan).
4. La neuroinflammation, médiatrice de la plasticité synaptique pathologique dans la maladie d’Alzheimer (L. Ferhat).
5. Interactions entre protéines : voies d’accès aux dommages neuronaux dans la maladie d’Alzheimer (S. Rivera).
6. Analyse de l’architecture cytosquelettique dans les neurones dérivés de cellules souches spécifiques de patients atteints de la maladie d’Alzheimer. (E. Nivet).
7. Interaction entre Tau, microtubules et actine dans les cellules cancéreuses : perspectives thérapeutiques contre le glioblastome (G. Breuzard).
8. Nano-organisation et fonction de protéines liées aux microtubules dans les cellules de glioblastome (S. Honoré).

Le microscope PALM/STORM sera décisif pour l’avancée de ces projets, leur concrétisation sous forme de publications de haut niveau et la mise en place de nouvelles pistes diagnostiques ou thérapeutiques.

 

L’équipement

 

 

 

 

 

Premières utilisations

Installé au sein de la plateforme de microscope NCIS début 2023, le microscope est actuellement utilisé pour plusieurs projets, ainsi que dans le cadre d’une collaboration avec le fabricant afin de valider et d’étendre ses performances.

Notamment, dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe de Marie-Jo Moutin (GIN, Grenoble), les chercheurs réalisent des images multi-couleur de l’organisation des microtubules et de l’actine – éléments formant le cytosquelette des neurones – au niveau des épines dendritiques, là où les neurones se connectent entre eux.

Par ailleurs, cet équipement a permis de générer des résultats qui ont fait l’objet de publications dans des revues scientifiques. Ainsi, ces résultats ont permis de mettre en évidence le rôle et la structure du cytosquelette dans les neurones et au niveau des synapses (Bingham et al., J Cell Biol 2023 ; Gazzola et al., Current Biology 2023). Un article permettant de comparer les méthodes d’imagerie pour optimisation a également été publié grâce à l’équipement acquis (Friedl et al., Cell Reports Methods 2023).

 

 

Premières images obtenues

 

 

 

 

 

 

 

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Crédit photo: © INSERM / Christophe Leterrier