Un nanoscope pour détecter, compter et tracer des molécules uniques dans les cellules neuronales

Publié le : 24 février 2023

Porteur du projet : Christian SPECHT – Maladies et Hormones du Système Nerveux (DHNS – Le Kremlin-Bicêtre)

Titre du projet : Détecter, compter et tracer : Un nanoscope à molécule unique pour étudier les pathologies axonales et processus thérapeutiques associés

Équipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2022 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un microscope super résolution (nanoscope) pour un montant de 185 700 €

 

« Nous serions prêts à contribuer aux activités de collecte de fonds du Rotary Espoir en tête, par exemple sous la forme d’une conférence publique destinée à faire connaître le programme et les recherches qui sont rendues possibles grâce au soutien de l’association! Un grand merci.» – Christian Specht

 

Description de l’équipement :

 

Plusieurs maladies neurodégénératives, dont la sclérose en plaques, la maladie de Parkinson et les tauopathies (associées à la maladie de Alzheimer), endommagent la structure des axones (prolongement des neurones conduisant le message électrique) ce qui perturbe la transmission des signaux entre les cellules neuronales et entraîne la mort des neurones et des symptômes neurologiques graves. L’objectif de ce projet est d’étudier ces changements pathologiques au niveau moléculaire grâce à la microscopie de localisation de molécules uniques (SMLM) qui tire parti de protéines fluorescentes activables par la lumière ou de colorants organiques permettant de détecter et de localiser les signaux de molécules individuelles avec une précision de l’ordre du nanomètre.

 

À l’heure actuelle, aucune technologie SMLM n’est disponible dans l’Unité de recherche « Maladies et hormones du systèmes nerveux » ou au sein de l’Université Paris-Saclay pour la recherche neuroscientifique appliquée. L’installation d’un module Abbelight SAFe 360 qui fonctionne comme un nanoscope indépendant permettra aux chercheurs de l’unité d’imager des molécules uniques multicolores, en 3D et dans de grands champs de vision. Ce module est contrôlé par un logiciel qui offre des outils très puissants de traitement et d’analyse des données, et constitue sans doute la solution la plus puissante disponible de nanoscopie à molécule unique.

 

Dans un premier temps, cet équipement sera essentiel pour trois projets en cours dans l’unité visant des processus pathologiques et régénératifs :

 

• Le 1^er projet (dirigé par Christian Specht) vise à étudier la dynamique de diffusion et l’agrégation de l’α-synucléine dans les neurones dans le contexte de la maladie de Parkinson. L’objectif est d’explorer les conséquences fonctionnelles d’une altération de la liaison de l’α-synucléine aux synapses (zone de communication entre les neurones) et sa redistribution vers des agrégats intracellulaires.

 

• Le 2^nd projet (dirigé par Marcel Tawk) se concentre sur un modèle de poisson zèbre de tauopathie, notamment sur une mutation de la protéine tau qui a été identifiée comme un facteur de risque dans la démence fronto-temporale et la maladie d’Alzheimer. L’équipe étudiera comment la relocalisation de la protéine tau mutée dans un compartiment particulier du neurone affecte l’intégrité de la structure axonale.

 

• Le 3^ème projet (dirigé par Elisabeth Traiffort) porte sur la pathologie des axones dans les maladies démyélinisantes telles que la sclérose en plaques. L’équipe a identifié des effets prometteurs des neurostéroïdes pour la régénération de la myéline. En utilisant la technologie SMLM, ils caractériseront l’ultrastructure des axones et des nœuds de Ranvier (jonction de deux tronçons de gaine de myéline) au cours de la démyélinisation et en présence d’agents remyélinisants afin d’explorer davantage le potentiel thérapeutique de cette approche.

 

Cette technologie permettra ainsi d’avoir accès à de nouvelles informations ultrastructurales quantitatives et dynamiques qui sont essentielles pour comprendre les processus neuropathologiques et pour concevoir des stratégies thérapeutiques.

 

L’équipement

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Utilisation de l’équipement

Le matériel a été entièrement installé en juin 2023 et mis à disposition des utilisateurs internes à l’unité « Maladies et Hormones du Système Nerveux » et externes dans le périmètre de l’Université Paris-Saclay. L’équipement est actuellement utilisé dans quatre projets principaux pour mieux comprendre les mécanismes des maladies neurodégénératives. D’autres projets externes sont en cours de planification.

 

 

Premières utilisations

Étant donné la complexité de la microscopie de localisation de molécules uniques (SMLM), toutes les capacités de l’équipement nouvellement acquis n’ont pas encore été exploitées.

C’est pourquoi la première année du projet a été consacrée à la formation des membres des équipes à ce type d’imagerie.

Les chercheurs ont également pu observer des détails structurels précis dans leurs échantillons biologiques. En particulier, dans le cadre du projet de l’équipe Specht, ils ont étudié le processus pathologique de l’alpha-synucléine, une protéine impliquée dans la maladie de Parkinson, dans les neurones. La haute précision de la microscopie super-résolutive est essentielle pour ces expériences car elle permet aux chercheurs de suivre de près le mécanisme par lequel les fibrilles d’alpha-synucléine pénètrent dans les cellules et initient le processus pathologique d’agrégation.

 

Le rôle des vésicules extracellulaires – petites particules libérées par les cellules dans leur environnement – dans la propagation de protéines structurellement anormales dans le cadre de la maladie d’Alzheimer est également étudié. Un protocole a été mis en place pour immobiliser ces vésicules extracellulaires sur des lamelles de verre et analyser leur ultrastructure et leur composition à l’aide de la microscopie super résolutive.

 

Prochaines utilisations

Les projets qui ont été lancés par les chercheurs n’en sont qu’à leurs débuts et doivent être poursuivis et étendus.