Nano-imagerie corrélative des métaux et des protéines à l’échelle de la synapse

Résultats scientifiques

Pour la première fois, la combinaison de deux techniques d’imagerie permet de visualiser et de quantifier avec une résolution spatiale de 40 nm, les atomes de cuivre et de zinc associés aux structures impliquées dans la formation des jonctions entre neurones. Les images ainsi obtenues confirment le rôle clé que jouent ces métaux dans les processus neurologiques. Un travail coordonné par Richard Ortega, chercheur au CENBG et publié dans la revue eLife.

Les métaux tels que le cuivre et le zinc sont essentiels au fonctionnement cellulaire, notamment des neurones, mais comprendre leurs fonctions exactes n’est pas si aisé en raison de leur faible concentration et de la nature souvent labile de leurs liaisons chimiques avec les molécules biologiques.

Afin d’étudier si le cuivre et le zinc sont impliqués dans les processus de différentiation des neurones, comme par exemple la formation des dendrites et des connexions synaptiques, un consortium coordonné par l’équipe Imagerie Chimique et Spéciation du CENBG1 a développé un protocole d’imagerie qui permet de visualiser à l’échelle nanoscopique dans les cellules, la présence de métaux autour du cytosquelette. Le cytosquelette est un ensemble de longs filaments qui parcourent la cellule et qui sont au cœur du processus de formation des dendrites et des connexions neuronales. Ils sont faits d’une répétition de protéines : la tubuline ou l’actine-F.

Nano-imagerie de la tubuline et de l’actine, du soufre et du zinc, de dendrites et compartiments synaptiques de neurones de l’hippocampe.
Nano-imagerie de la tubuline et de l’actine, du soufre et du zinc, de dendrites et compartiments synaptiques de neurones de l’hippocampe. Image Richard Ortega CENBG

Pour ce faire, les scientifiques ont pour la première fois combiné deux techniques d’imagerie. Dans la première, la nano-imagerie de fluorescence X par rayonnement synchrotron, permet de détecter localement et avec une extrême précision les métaux sous l’action de rayons X. La seconde, la microscopie de super résolution STED, fournit une image des protéines cellulaires avec une résolution spatiale de 40 nm. Pour bénéficier de la précision la plus grande possible, l’expérience a été conduite auprès du synchrotron de l’ESRF à Grenoble.

Les images obtenues ont ainsi révélé la co-localisation du zinc et de la tubuline dans les dendrites, avec un rapport moléculaire d'environ un atome de zinc par dimère de tubuline. Une co-ségrégation du cuivre et de l’actine-F dans les compartiments synaptiques a également été mise en évidence. Ces résultats indiquent de nouvelles fonctions du cuivre et du zinc dans la modulation de la morphologie des dendrites, un mécanisme qui pourrait participer à la construction de la mémoire.

Référence : eLife 2020;9:e62334 doi: 10.7554/eLife.62334

  • 1. Consortium : Centre d’études nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG), Univ. Bordeaux, CNRS UMR5797; Institut Interdisciplinaire de neurosciences (IINS), Univ. Bordeaux, CNRS UMR5297; Nano-imaging beamline ID16A, The European Synchrotron (ESRF), Grenoble.

Contact

Sébastien Incerti
DAS Interdisciplinaire
Richard Ortega
Directeur de recherche au CENBG
Emmanuel Jullien
Responsable de la cellule communication de l'IN2P3