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Axes de recherche et groupes thématiques

Le but de ce GdR est de favoriser le partage de compétences entre équipes de recherche afin d’étudier les grandes fonctions cellulaires au travers des localisations, des dynamiques et des interactions de molécules d’intérêt (protéines, acides nucléiques,…) dans les cellules vivantes, les tissus et les organismes. Il existe actuellement de forts verrous technologiques qui limitent nos investigations fonctionnelles dans la cellule vivante. La nature de ces difficultés est partiellement indépendante des sujets biologiques. Pour les dépasser, nous proposons de développer au sein du GdR des approches méthodologiques et technologiques, transversalement aux axes biologiques.

Nous proposons 8 axes de recherche ou approches technologiques transversales :

  • BioImage Informatique
  • Biosenseurs
  • Chimie des sondes pour la microscopie
  • Dynamiques des molécules dans la cellule
  • Imagerie Corrélative et Multi-échelle
  • Imagerie fonctionnelle de la plante
  • Mise en forme des fronts d’ondes
  • Super-résolution spatiale

Thématique « BioImage Informatique»

Porteurs: Charles Kervrann (Rennes) et Alexandre Dufour (Paris)

L’objectif est de permettre aux différents acteurs du milieu académique et industriel de se rencontrer et d’avoir un aperçu des avancées récentes en lien avec l’analyse et la modélisation de données de microscopie dans le cadre de l’étude des systèmes biologiques.

Ces journées regroupent un panel d’orateurs invités qui présentent leurs dernières recherches dans des domaines variés dont l’informatique, les mathématiques, la biologie et la biophysique. Elles permettent également aux participants de présenter leur travaux sous forme de poster dans une ambiance conviviale.

Thématique « Biosenseurs»

Porteurs: Pierre Vincent et Franck Riquet

Face à la complexité des processus biologiques, les méthodes d’analyse et de quantification en temps réel se sont imposées comme une nécessité pour élucider des mécanismes très complexes.

Les biosenseurs fluorescents sont des molécules qui, une fois introduites dans des cellules vivantes, rapportent un signal biologique spécifique mesurable par imagerie otique. Le développement très rapide de ce domaine ouvre un nouveau champ d’investigation en permettant de suivre des événements biologiques extrêmement spécifiques à l’échelle de la cellule, du tissu et de l’organisme vivant dans des conditions physiologiques et pathologiques. Ainsi, ces outils moléculaires sont capables de rapporter des variations de concentration de seconds messagers intracellulaires (tel que par exemple le calcium), l’activation d’enzymes (kinases, protéases…), des changements conformationnels, la modulation de l’expression de gènes, la translocation de protéines… Le développement et l’utilisation généralisée de ces outils moléculaires, quelle que soit la question biologique posée, nécessite de résoudre un certain nombre de problèmes conceptuels, expérimentaux et technologiques dont la solution pour une problématique donnée peut être transposée à d’autres questions biologiques.

Le but des actions du groupe de travail Biosenseur est de promouvoir la réflexion et l’échange d’information afin d’accélérer le développement de ces nouvelles approches d’imagerie dynamique dans tous les domaines de la biologie. Les rencontres du groupe de travail Biosenseur favorisent ce type d’échange d’expertise et fédère la communauté biosenseur au niveau national et européen.

Thématique : « Chimie et sondes pour la microscopie »

Porteurs : Céline Frochot (Nancy), Fréderic Bolze (Strasbourg)

Le développement des sondes fluorescentes ouvre un large champ d’exploration en permettant de suivre des événements biologiques extrêmement spécifiques à l’échelle de la cellule. Ces approches dynamiques des mécanismes de décision des processus biologiques sont nécessaires afin de circonvenir aux approches traditionnelles qui ne permettent d’obtenir que des visions parcellaires ou instantanées de phénomènes biologiques complexes. L’émergence de nombreuses techniques d’imagerie innovantes pour l’observation in vitro ou in vivo par fluorescence via l’utilisation de sondes fluorescentes, rend déjà possible la détermination des signatures moléculaires associées à la régulation de phénomènes biologiques spécifiques et le traitement de certaines pathologies.

Thématique « Dynamique des molécules dans la cellule»

Porteur : Cyril Favard (Montpellier) Laurent Heliot (Lille)

Les récents progrès technologiques en terme de microscopie et de marquage des molécules ont permis d’obtenir des données de plus en plus résolues temporellement et spatialement et de décrire très finement les mouvements in situ des molécules. Il subsiste cependant un fossé énorme entre la description des mouvements d’une molécule et la compréhension de sa fonction. Pour tenter de le combler, il faut pouvoir à la fois analyser les mouvements moléculaires individuels mais aussi l’influence de ces mouvements sur ceux des partenaires.

La mise en place de cet axe thématique au sein de GDR vise à mesurer et quantifier in situ les informations dynamiques issues des mouvements de molécules (diffusion et association moléculaires), des assemblages moléculaires (trafic vésiculaire, assemblage viral), des réseaux de signalisation (recrutement transverse et longitudinal, transmission du signal…). En plus d’animer un lien entre diverses équipes travaillant sur le sujet en France, cette action thématique se propose aussi de stimuler le développement de nouvelles méthodes d’acquisition et surtout d’analyse et de modélisation des données. Cette thématique entre parfaitement dans le cadre du GDR en se positionnant à l’interface entre biologistes et physiciens instrumentalistes et théoriciens

Thématique : « Imagerie correlative et multiéchelle –Correlative and Multiscale Imaging »

Porteurs :Jean Salamero (Curie, Paris), Graça Raposo, (Curie, Paris), Yannick Schwab (Illkirch)

Les propriétés structurelles et fonctionnelles des complexes macromoléculaires impliqués dans le cycle cellulaire, la morphogénèse, l’organisation nucléaire, la division cellulaire et la biogénèse d’organelles impliquées dans le trafic des endo-membranes, se définissent comme des architectures moléculaires dynamiques qui ne peuvent être distribuées de manière aléatoire. En ce sens, leur étude requière des approches d’observation corrélatives et multi-échelles. Différentes expertises sont déjà présentes au sein du GDR. Mais afin de réduire les fractures technologiques qui existent encore entre l’ensemble des modalités de microscopie photonique et fonctionnelle, le traitements des données images en vivant et d’autres microscopies, notamment électroniques (TEM, TomoEM ) en CLEM (corelative light-electonmicroscopy), un rapprochement avec d’autres communautés (SFm ; Soleil Hard X Rays and Soft X Rays ; SIMS Rennes et Curie Orsay) et réseaux (Réseau technologique RCCM, GdR Cryomicroscopie électronique structurale) est largement engagé et s’accentuera au cours des prochaines années. Ces approches vont nécessiter une introspection précise des protocoles de traitement de l’échantillon, l’ajustement et le développement de nouvelles instrumentations et l’invention d’outils mathématiques et informatiques, compatibles avec ses changements de modalités et propres à l’intégration des informations produites. Suite aux premières journées de microscopies corrélatives du GDR2588, les 19 et 21 janvier 2012 à l’institut Curie, et leur succès imprévu (plus de 130 demandes d’inscriptions/pour 90 places) l’Axe CLEM a été créé. Des collègues de l’Université de Bordeaux, Institut Pasteur Paris, IGBMC Ilkirich, Institut Curie Paris se sont portés volontaires pour animer cette action thématique dans le futur.

Thématique : « Imagerie fonctionnelle de la plante »

Porteurs : Genevieve Conejero (Montpellier), Jerome Mutterer (Strasbourg)

Les objectifs du groupe sont:

  • Développer technologies pour s’affranchir des contraintes spécifiques aux plantes (autofluorescence, vacuole, gravitropisme…)
  • Imagerie verticale : objectif déporté, microscopie à feuille de lumière
  • Imagerie dynamique : FLIM, FCS
  • Imagerie multimodale (fluorescence, RMN, microtomographie RX)
  • Lame virtuelle
  • Base de données d’images annotées (enseignement, formations)

Thématique : « Mise en forme des fronts d’ondes – Wave front shaping »

Porteurs : Serge Monneret (Marseille)

Ce groupe travaille autour de la mise en forme ou de la mesure de front d’onde, ainsi que de l’utilisation de modulateurs spatiaux de lumière ou de miroirs déformables, appliquée à la microscopie optique sous toutes ses formes. Il s’agit d’une part de fédérer et développer tout un ensemble de travaux liés à l’imagerie biologique, dans lesquels le contrôle ou l’utilisation de la phase optique, et donc du front d’onde, est essentiel. Typiquement, nous parlerons de nouvelles techniques d’imagerie ou d’aide à l’imagerie qui se distinguent par le contrôle, la mesure, la modification ou la génération de fronts d’onde autour ou dans le microscope ou l’endoscope. Il s’agira souvent d’intégrer ou de développer des modulateurs spatiaux de lumières passifs ou actifs, de phase ou d’intensité, mais aussi des analyseurs de front d’onde pour lesquels la France compte une bonne part des entreprises du domaine.
D’autre part, l’attention sera également portée sur les développements de concepts et de techniques par les communautés des ondes micro-ondes et acoustique. Ces domaines sont en effet à l’origine d’outils fondamentaux importants pour la mesure et la manipulation des ondes, dont bénéficie l’optique aujourd’hui pour l’optimisation en imagerie par exemple. Le couplage entre ces communautés est bénéfique pour l’accès à des approches innovantes.

Thématique « Super-résolution spatiale – Spatial Super-resolution »

Porteur : Sandrine Levêque-Fort (Paris) Jean-Baptiste Sibarita (Bordeaux)

Classiquement, les méthodes de microscopie de fluorescence en champ lointain sont limitées en résolution spatiale par le phénomène de diffraction. Les résolutions accessibles, typiquement 200-250 nm latéralement et 600-700 nm axialement laissent ainsi inexplorées de nombreuses questions biologiques majeures.

Le développement des techniques permettant de dépasser cette limite de diffraction sont en forte évolution. Ces approches reposent sur les progrès conjugués en optique, chimie des sondes, traitement des images … L’objectif de l action thématique est de mettre en commun les savoirs expérimentaux dans les différents domaines afin de rendre accessible ces nouvelles technologies à une plus large communauté.

Actions Thématiques

Des actions thématiques permettront de renforcer certains axes de travail ; elles visent à associer des équipes ayant un besoin technologique, une question biologique ou une approche commune. L’objectif des actions thématiques est de permettre une synergie entre les équipes sur un projet défini pendant un temps limité.. Cela se traduit par des réunions de travail, des bourses de mobilités, la production de documents de synthèse et de publications. Ces actions sont déstinées à fédérer l’ensemble des membres du GdR et auront lieu pendant toute la durée de l’existence du GdR. La liste des actions thématiques est disponible à la rubrique Evenement > Actions thématiques.
Nous proposons également la mise en place de formation pour les étudiants et personnels statutaires par l’organisation de colloques et symposiums, d’écoles thématiques et de cycles de formation en partenariat avec les écoles doctorales.