– NANOCHEMCELL

Le contexte général du projet est le développement de méthodes d?imagerie chimique avancées afin de comprendre des processus biologiques complexes, tels que les réactions chimiques au sein des neurones dopaminergiques. Le projet est basé sur l?imagerie chimique multimodale de la cellule avec des techniques de haute résolution spatiale et sensibilité, couplées à de la microscopie optique de haute résolution. Une approche multimodale complémentaire se révèle nécessaire pour appréhender les mécanismes qui gouvernent les interactions entre neurotransmetteurs (dopamine), éléments chimiques (fer), et les protéines impliquées dans l?homéostasie du fer ou de la dopamine. Nous supposons que le fer et la dopamine pourrait former des complexes fer-catecholamine extrèmement réactifs dans la cellule. Le projet utilise 3 instruments aux capacités uniques pour l?imagerie chimique à l?échelle subcellulaire : le nano-SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), la nano-sonde rayonnement synchrotron, et la nano-sonde de protons. Ces instruments sont les plus performants au monde en terme de résolution spatiale et de sensibilité pour l?imagerie des éléments chimiques, et possèdent des caractéristiques complémentaires : analyse isotopique en SIMS, speciation chimique par spectroscopie d?absorption de rayonnement X (synchrotron), et quantification locale hautement précise par faisceau e protons. Ces instruments seront utilisés en complément de l?imagerie neurochimique par microscopie confocale et d?épifluorescence mise en ?uvre par une équipe de neurobiologistes hautement expérimentés. Le premier objectif du projet sera purement méthodologique, il s?agira d?élaborer et de valider les protocoles pour l?imagerie chimique quantitative dans une approche de comparaison inter-laboratoire. En dépit des nombreuses preuves de l?augmentation de la teneur en fer dans la substancia nigra pars compacta des patients atteints de la maladie de Parkinson, les résultats publiés dans la littérature pour la distribution du fer dans la SNpc à l?échelle cellulaire et moléculaire sont encore rares et controversés. Ces données manquantes sont cependant essentielles pour comprendre le rôle du fer dans la mort des cellules neuronales. Différents sites de fixation du fer ont été proposés, neurones dopaminergiques, cellules gliales, corps de Lewy, neuromelanin ? On ne sait toujours pas quels sont les types cellulaires impliquées dans l?accumulation du fer ni dans quels compartiments cellulaires cette accumulation a lieu. De plus, un processus d?hyper-oxydation, en présence de Fe(II) qui catalyse la production de radicaux libres pourrait jouer un rôle important dans la mort des cellules dopaminergiques. La nano-imagerie chimique sera mise en ?uvre à la fois sur des cellules en culture et sur des coupes de cerveau de rat. Les modèles in vitro des cellules dopaminergiques seront particulièrement utiles pour identifier les compartiments subcellulaires de l?interaction fer-dopamine (comme par exemple les vésicules neuronales). Les modèles animaux permettront d?explorer l?accumulation du fer dans les cellules dopaminergiques d?un organisme complexe, mais également dans le tissu extracellulaire environnant et les cellules gliales. Les conditions physiologiques seront comparées à des conditions de déplétion en dopamine comme modèle d?étude de la maladie de Parkinson. L?imagerie cellulaire de la dopamine, du fer, et des protéines impliquées dans l?homéostasie du fer et de la dopamine (TH, DAT, ferritine,?) sera effectuée. Le statut redox du fer et du soufre sera également analysé par spectroscopie XAS pour évaluer l?hypothèse d?hyper-oxydation.