Imagerie et contrôle optique de l'organisation cellulaire (LOCCO)

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Notre objectif est de découvrir et d’étudier les principes physiques qui sont à la base des fonctions biologiques telles que la polarité et la migration des cellules, la signalisation, l’organisation nucléaire ou l’expression génique. Notre approche consiste à quantifier et perturber l’organisation et la dynamique des constituants cellulaires, des échelles moléculaires aux échelles cellulaires à l’aide d’outils de microscopie optique avancée. Nous développons ainsi des outils de microscopie optique avancée en combinaison avec des approches poussées d'analyse et de visualisation de données.

Si vous êtes interressés par un stage ou par un post-doc merci de nous contacter par email au: mathieu.coppey@curie.fr et/ou bassam.hajj@curie.fr 

Au cours des dernières décennies, un grand nombre d’interactions entre les molécules de la cellule ont été cartographiées, révélant un gigantesque circuit moléculaire. Cependant, une telle cartographie n’est pas suffisante pour comprendre l’émergence des fonctions cellulaires. En effet, toutes les fonctions résultent de la coordination dans le temps et dans l’espace de multiples processus tels que le transport de molécules par diffusion, les assemblages transitoires, l’organisation moléculaire ou le maintien de distributions spatiales non homogènes

Afin d’identifier les processus physico-chimiques minimaux impliqués dans les fonctions cellulaires, nous utilisons et développons des outils d’imagerie quantitative et de perturbation basée sur la lumière sur des cellules vivantes. En combinant la super-résolution 3D de pointe ainsi que des algorithmes avancés de traitement d’image avec une visualisation innovante -telle que l’utilisation de la réalité virtuelle pour explorer les données de localisation de molécules uniques-, notre approche quantitative nous permet de découvrir de nouvelles structures cellulaires ainsi que de caractériser leur dynamique. Par exemple, en utilisant l’imagerie en molécule unique, nous avons pu découvrir que la transmission de signaux biochimiques dans la cellule se fait collectivement via des nano-agrégats de quelques dizaines de protéines. Nous combinons cette approche avec la modélisation physique et des outils optogénétiques qui induisent des réactions biochimiques avec la lumière à un endroit spécifique de la cellule. Nous avons pu montrer, par exemple, comment l’extension spatiale des gradients moléculaires contrôle la migration d’une cellule. Cette approche causale permet de voir directement l’effet d’un processus physico-chimique sur le comportement de la cellule.

Nos thèmes de recherches actuels portent sur:

• Le développement des outils pour l’imagerie en super-résolution : nous visons l’implémentation de nouvelles méthodes pour la détection de molécules uniques avec un intérêt particulier pour l’imagerie en 3D dans les cellules vivantes.
• La recherche de cibles pour les protéines de liaison à l’ADN : nous sondons à l’échelle moléculaire les mécanismes par lesquelles les protéines de liaison à l’ADN trouvent leurs sites cibles dans le noyau de cellules eucaryotes vivantes.
• Le contrôle optogénétique de la polarisation cellulaire : nous employons des outils basés sur la sensibilité de certaines protéines à la lumière pour contrôler la localisation et l’activité de certaines molécules, ceci couplé à des images de microscopie permettant d’analyser au niveau moléculaire et cellulaire les processus de migration et de division cellulaire.