Observer les neurones au microscope à super-résolution

Au LCSB, l’équipe Chemical and Molecular Neurobiology dirigée par la professeure Ivana Nikić-Spiegel allie microscopie et biochimie afin de déchiffrer les mécanismes moléculaires à l’origine des maladies du cerveau, plus particulièrement la sclérose en plaques. Leur objectif : trouver des moyens de protéger les neurones. Leur approche : utiliser l’imagerie nanoscopique et des outils moléculaires de pointe pour mieux comprendre la neurodégénérescence.

Coup de projecteur sur la sclérose en plaques

L’équipe se concentre sur la sclérose en plaques, une maladie neurologique chronique qui touche 2,8 millions de personnes dans le monde – principalement des jeunes adultes – et se manifeste par des symptômes très hétérogènes. Certains traitements permettent de retarder la progression de la maladie sur le long terme mais il n’existe actuellement aucun traitement curatif, ce qui a un lourd impact à la fois sur les patients et sur les systèmes de santé. « La sclérose en plaques se caractérise par la formation de lésions dans le cerveau et la moelle épinière. Celles-ci résultent d’une inflammation, provoquée par les cellules immunitaires, qui endommage la myéline, la gaine protectrice des fibres nerveuses, et peut également léser les fibres nerveuses elles-mêmes », explique Prof. Nikić-Spiegel. « En conséquence, la communication au sein du système nerveux est perturbée, ce qui entraîne l’apparition de différents symptômes au fil du temps. Les mécanismes moléculaires impliqués dans ce processus ne sont pas encore bien compris. »

C’est là qu’intervient l’expertise technique unique de cette équipe. En utilisant à la fois l’imagerie, de la microscopie sur cellules vivantes à la microscopie à super-résolution, la biochimie et la protéomique, les chercheurs étudient l’organisation des protéines au sein des cellules du cerveau. En « étiquetant » les protéines nouvellement synthétisées, dans un type de cellule donné et pendant une période spécifique, ils sont en mesure d’identifier les mécanismes perturbés par la maladie. « Nous menons d’abord ce qu’on appelle des études protéomiques non ciblées afin de déterminer quelles protéines sont affectées au cours des différentes phases de la sclérose en plaques. Cela nous aide à trouver les protéines d’intérêt qui pourraient constituer de bonnes cibles pour les futurs traitements », explique Prof. Nikić-Spiegel.

La microscopie à super-résolution pour observer les protéines

Comme la communication entre les neurones dépend de la distribution des protéines à l’échelle nanométrique, cette technologie est essentielle pour détecter des changements subtils qui ne peuvent être observés avec l’imagerie conventionnelle. Un tout nouveau microscope récemment installé au LCSB permet à l’équipe de visualiser des protéines ou des agrégats de protéines mesurant seulement 10 à 15 nanomètres, ouvrant de nouvelles perspectives pour mieux comprendre comment les altérations de l’organisation moléculaire contribuent au dysfonctionnement neuronal.

Trouver des points communs entre les maladies neurodégénératives

En exploitant la puissance de ces technologies de pointe et en développant de nouvelles méthodologies pour leur utilisation dans des systèmes complexes tels que les cultures cellulaires et les modèles in vivo, l’équipe vise non seulement à élucider les mécanismes moléculaires de la sclérose en plaques mais aussi à trouver des points communs avec d’autres maladies du cerveau.

« Des processus tels que le stress oxydatif et la neuro-inflammation jouent un rôle dans tous les maladies neurodégénératives. De même, au-delà de son rôle bien établi dans la sclérose en plaques, la myéline apparaît comme un facteur important dans d’autres troubles », souligne la professeure Ivana Nikić-Spiegel. « Nous espérons donc que nos travaux permettront de comprendre comment protéger le système nerveux contre les lésions axonales et contre la démyélinisation, ayant ainsi un intérêt pour la sclérose en plaques mais aussi pour la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer. »