Imagerie super-résolue de molécules individuelles avec leur durée de vie de fluorescence – SiMpLeLIFe

Comment photographier des molécules dans des cellules vivantes ? Comment leur faire partager les détails de leur existence avec nous, chercheurs, observateurs de la vie biologique à l’échelle nanométrique ?

Lorsqu’on utilise un appareil optique, que ce soit un appareil photographique ou un microscope de laboratoire, la nature ondulatoire de la lumière impose des limites aux détails les plus fins que nous sommes capables de photographier. Pour un microscope classique de dernière génération, cette limite se place aux environs de 200 nanomètres. Bien que cette limite de résolution soit cent fois plus fine que la taille typique d’une cellule humaine, on est loin de pouvoir observer les molécules composant les cellules et qui sont les responsables de leur survie et leur évolution. Il est alors impossible de savoir comment ces molécules s’organisent, comment elles interagissent les unes avec les autres, ou quels sont les rythmes de cette chorégraphie complexe, et pourtant parfaitement déterminée, qui régit l’organisation et la dynamique subcellulaire.

Heureusement, la microscopie optique a été récemment révolutionnée pour contourner cette limite fondamentale de résolution ; résultat primé par le Prix Nobel de Chimie en 2014. En particulier, nous savons maintenant photographier des molécules individuellement en leur faisant émettre de la lumière les unes après les autres, ce qui nous permet d’observer des détails avec une finesse d’une dizaine de nanomètres, soit dix fois mieux qu’auparavant et à l’échelle d’une grosse protéine unique ! Avec cette nouvelle approche, dite de microscopie super-résolue ou de nanoscopie, nous avons pu profondément renforcer notre connaissance de l’organisation et de la dynamique moléculaire dans des cellules vivantes, et de comment l’une influence l’autre de façon indissociable.

L’objectif de ce projet est de photographier ces molécules individuelles tout en mesurant la vitesse avec laquelle elles émettent de la lumière. En effet, ce taux d’émission de photons est influencé par l’environnement de la molécule, mais aussi par la présence d’autres molécules dans un voisinage de quelques nanomètres. Avec ce type de mesures, nous serons ainsi capables d’étudier non seulement l’organisation et la dynamique de ces biomolécules mais aussi de visualiser de façon directe leurs interactions : avec qui et pendant combien de temps elles préfèrent interagir.

Nous utiliserons cette technique d’imagerie pionnière pour étudier la plasticité neuronale ; c’est à dire la capacité des neurones à renforcer ou à affaiblir leur communication, processus à la base de l’apprentissage et de la mémoire. Une meilleure compréhension de ces mécanismes à l’échelle moléculaire nous permettra donc de mieux comprendre la façon dont notre cerveau fonctionne ainsi que de mieux saisir l’origine de certaines maladies neurodégénératives.