Nouveau type de synapse découvert grâce à la protéomique spatiale

Nouveau type de synapse découvert grâce à la protéomique spatiale

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Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode d’imagerie à haut débit et à super-résolution. Grâce à cette nouvelle technique, les scientifiques ont pu créer un atlas de cellules neuronales en 3D avec une résolution monomoléculaire et ont découvert un type de synapse jusqu’alors inconnu. Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue Cellule.

Dans l'étude actuelle, dirigée par Eduard Unterauer dans le laboratoire de Jungmann au MPI de biochimie et au LMU, les chercheurs présentent SUM-PAINT. Il s’agit d’un nouveau développement technologique en microscopie à super-résolution qui, pour la première fois, permet une visualisation et une cartographie très rapides et pratiquement illimitées d’un grand nombre de protéines.

“La complexité des systèmes vivants va des organismes et tissus entiers à la structure de réseaux cellulaires complexes, en passant par l'organisation et l'interaction de biomolécules individuelles”, explique Eduard Unterauer, co-premier auteur de l'étude.

“Pour comprendre cette complexité dans son intégralité, la position, l'identité et l'interaction des biomolécules individuelles doivent être étudiées simultanément. De telles méthodes, qui combinent plusieurs signaux, sont appelées méthodes de multiplexage. Quatre défis critiques doivent être surmontés pour parvenir à une compréhension globale des protéines. organisation : sensibilité, débit, résolution spatiale et capacité de multiplexage.”

En se concentrant sur l’environnement complexe des cellules neuronales du cerveau, l’équipe a créé le tout premier atlas neuronal avec une résolution monomoléculaire pour 30 types de protéines différents. Grâce à des capacités de débit et de multiplexage améliorées, ils ont pu découvrir la complexité de la composition protéique synaptique de près de 900 synapses individuelles.

Pour explorer davantage ces vastes ensembles de données, l’équipe de recherche a développé un pipeline d’analyse basé sur l’apprentissage automatique. En analysant 1 600 caractéristiques des ensembles de données d’imagerie, telles que la teneur, la distribution ou la forme des protéines, les scientifiques ont découvert un type de synapse chimique jusqu’alors inconnu. Ces synapses ne représentent qu'environ 1 % de toutes les synapses. Ils n’auraient pas été détectés avec d’autres techniques d’imagerie.

Avec SUM-PAINT, l'équipe fournit un flux de travail intégré pour la génération et l'analyse de données qui peuvent être utilisés par les chercheurs du monde entier. SUM-PAINT est relativement facile à utiliser avec les microscopes disponibles dans le commerce.

“Nous sommes convaincus que SUM-PAINT constitue non seulement une étape importante dans la compréhension de la complexité de la biologie cellulaire au niveau moléculaire, mais également une percée potentielle dans la découverte de nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies neurodégénératives”, déclare Ralf Jungmann, directeur du groupe de recherche Imagerie Moléculaire et Bionanotechnologie du MPI de Biochimie et titulaire de la Chaire de Physique Moléculaire de la Vie au LMU.

En fournissant une vue détaillée de l'emplacement et de l'interaction d'un grand nombre de protéines au niveau moléculaire, SUM-PAINT ouvre des opportunités sans précédent pour étudier des détails auparavant cachés des troubles neurologiques. De cette manière, la nouvelle méthode pourrait contribuer à une compréhension plus approfondie des mécanismes sous-jacents de maladies telles que la démence de Parkinson ou d’Alzheimer.

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