Microscopie Multimodale Assistée par Ordinateur afin de Quantifier la Diffusion Moléculaire en Cellules – CAMoMill

Les modèles émergents en biologie montrent le rôle majeur de la dynamique moléculaire dans les mécanismes de régulation cellulaire. Les mesures en cellules vivantes se heurtent à la complexité du système biologique: hétérogénéité, nombre de molécules, différentes échelles spatiotemporelles et il n’existe pas actuellement de dispositif de microscopie permettant d’adresser cette large gamme de dynamiques.
Nous avons montré précédemment que les mesures de fluctuation de fluorescence (FCS) et de suivi de molécules uniques (SPT) réalisées séparément démontrent l’existence de populations diffusant avec des échelles spatio-temporelles différentes (0.1 à 10um2/s) mais ne permettent pas de comprendre les mécanismes sous-jacents. Pour cela, il est nécessaire de mettre au point un dispositif couplant simultanément ces mesures SPT et FCS (2 options possibles: mono canal ou multi-points), avec des outils d’analyse intégrés au processus d’acquisition permettant d’exploiter ces mesures et de réaliser des analyses croisées avec peu d’apriori.
Dans ce projet, nous proposons de concevoir une approche de rupture couplant instrumentation multimodale SPT/FCS et analyse d’image dédiée utilisant l’apprentissage profond. Nous développerons une chaîne d'acquisition et de quantification basée sur des mesures multi-dimensionnelles (us à ms et 0.2um à 10nm). Notre objectif sera d’appliquer cette chaîne de mesure pour l’étude de la dynamique spatio-temporelle de l’ARN polymérase II.
Ce projet constituera une véritable avancée dans la mesure et l’interprétation de la dynamique moléculaire en cellules. Il est innovant pour: 1) instrumentation: acquisition simultanée FCS/SPT; 2) analyse: développement de méthodes de traitement et d'analyse de données permettant l'extraction de résultats corrélés entre différentes échelles spatiotemporelles; 3) méthodologie: collaboration entre instrumentaliste, modélisateur et analyseur d'images dans une organisation basée sur la multidisciplinarité du consortium.