Un microscope confocal ultra-rapide et à haute sensibilité pour visualiser les neurones vivants en temps réel

Porteur du projet :  Fiona FRANCIS et Richard BELVINDRAH – Institut du Fer à Moulin (Paris)

Titre du projet : Imagerie confocale de haute sensibilité en temps réel pour élucider les mécanismes subcellulaires perturbés dans les pathologies cérébrales

Equipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2020 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : un microscope confocal pour un montant de 200 000 €

 

Description de l’équipement :

Les images obtenues grâce à la microscopie confocale permettent de visualiser les cellules du cerveau en trois dimensions et d’effectuer des observations aussi bien qualitatives (présence d’une morphologie anormale, absence d’une protéine essentielle au développement neuronal) que quantitatives. Bien que traitant de pathologies et de types cellulaires et moléculaires variés, l’ensemble des projets de l’Institut du Fer à Moulin (IFM) présente une exigence commune : l’acquisition à grande vitesse de signaux fluorescents de faible intensité par l’imagerie confocale en temps réel de neurones vivants. Ceci constitue un défi majeur actuel pour l’étude des processus biologiques à l’échelle subcellulaire en temps réel et sans génération de phototoxicité dans des cellules et tissus vivants. Actuellement à l’Institut, seules des acquisitions sur matériel fixé ou sur des tissus ou cellules vivantes mais avec des systèmes ne présentant pas de manière simultanée une sensibilité élevée et une vitesse d’acquisition rapide sont possibles. Ceci limitant grandement les applications, la plateforme d’imagerie de l’IFM nécessite un équipement plus récent et mieux adapté pour imager les cellules du cerveau.

Ainsi, l’acquisition d’un microscope confocal à scanner résonnant muni de détecteurs hybrides leur permettra de mener des explorations impossibles à réaliser avec l’équipement actuel pour caractériser les mécanismes participant à la formation et au fonctionnement du cerveau en conditions normales et pathologiques. Ce système comporte les dernières technologies en matière de sensibilité pour acquérir de faibles variations du signal fluorescent (à l’aide des détecteurs hybrides) et une vitesse très rapide (grâce au scanner résonnant). Cette imagerie ultra-rapide et hautement sensible sur cellule vivante permettra de collecter des informations avec un niveau de résolution sans précédent sur l’impact dynamique des régulations des voies de signalisation. L’acquisition de telles données permettra une compréhension plus fine des mécanismes subcellulaires perturbés conduisant aux pathologies neuronales. Les chercheurs espèrent notamment faire des avancées majeures dans la compréhension des mécanismes pathogéniques liés à l’épilepsie, aux déficits intellectuels, aux pathologies du motoneurone, aux maladies neuropsychiatriques et à la maladie de Parkinson.

Ce microscope confocal à haute sensibilité sera installé sur la plateforme d’imagerie de l’IFM et la présence sur le site d’un personnel technique hautement qualifié permettra une utilisation et une maintenance appropriées du matériel. Il sera notamment utile à 6 équipes de l’IFM pour aborder des questions scientifiques de premier plan et d’un intérêt biomédical majeur :

  • L’équipe de Fiona Francis et Laurence Goutebroze étudiera le rôle dynamique de protéines associées aux microtubules dont les mutations perturbent le développement cortical, provoquant des épilepsies et un handicap intellectuel.
  • L’équipe de Stéphane Nedelec s’intéressera à comprendre les voies de signalisation sous-tendant la formation et la survie des motoneurones, et comment les perturbations de ces voies conduisent à des troubles du développement neurologique.
  • L’équipe de Luc Maroteaux essaiera de comprendre comment la sérotonine contrôle la microglie, requise pour le développement et le fonctionnement cérébral normal et dont la perturbation est un facteur de risque de maladies psychiatriques.
  • L’équipe de Jean-Christophe Poncer et Sabine Levi définira comment la formation des synapses GABAergiques peut être modulée par la caféine et comment l’exposition pré et post-natale à cette molécule peut entraîner des maladies neurodéveloppementales.
  • L’équipe de Christine Métin déchiffrera le rôle des signaux transmis dans le cil primaire (petite extension d’une cellule, qui capte les signaux extérieurs) pour contrôler le positionnement cortical des interneurones durant le développement du cerveau.
  • L’équipe de Jean-Antoine Girault et Denis Hervé caractérisera la dynamique des voies de signalisation activées par les neurotransmetteurs dans les neurones striataux, et leurs altérations dans les troubles du mouvement (maladie de Parkinson, dystonie) et la dépendance.

Cet équipement sera également accessible à des équipes extérieures à l’IFM, comme le reste de la plateforme d’imagerie.

Fiona Francis est directrice de recherche 1ère classe au CNRS. Elle dirige l’équipe « Développement cortical et pathologie » de l’Institut du Fer à Moulin et est également directrice adjointe de cet institut de recherche. Biologiste moléculaire et cellulaire, elle s’intéresse au développement du cortex et des anomalies associées telles que les malformations corticales liées aux déficits intellectuels et à l’épilepsie.

Richard Belvindrah est Maître de Conférences à Sorbonne Université. Il effectue ses recherches au sein de la même équipe de l’IFM, en particulier sur la régulation des progéniteurs du système nerveux central.

L’Institut du Fer à Moulin (IFM) est un centre de recherche consacré à l’étude du développement et de la plasticité du système nerveux. L’IFM a deux objectifs complémentaires : progresser dans la compréhension de la physiologie et de la physiopathologie du système nerveux et découvrir de nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies neurologiques et psychiatriques, telles que les troubles du spectre autistique, la schizophrénie, la dépression, l’épilepsie ou encore la maladie de Parkinson.

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