Life Sciences Université Paris-Saclay

La Plateforme d’Imagerie Multiphotonique du Petit Animal (PIMPA) située sur le campus d’Orsay et rattachée au laboratoire « Imagerie et Modélisation en Neurobiologie et Cancérologie (IMNC) » permet notamment de détecter le signal de génération de second harmonique (SHG) sur échantillon vivant.

Exemple choisi d’application : L’équipe « biophotonique » du Laboratoire Aimé Cotton (CNRS, Univ. Paris-Sud et ENS Paris-Saclay) animée par François Treussart (francois.treussart@ens-paris-saclay.fr) a mis au point sur la plateforme PIMPA, avec l’aide d’Isabelle Garcin (isabelle.garcin@u-psud.fr), une méthode originale de mesure du transport intraneuronal. En effet, cette équipe analyse le transport endosomal dans des cultures primaires de neurones de souris à l’aide de nanocristaux à réponse optique non-linaire internalisés spontanément dans les endosomes. Elle utilise le signal de génération de second harmonique (SHG) généré par les nanocristaux sous l’effet des impulsions laser brèves du laser de la plateforme, à une longueur d’onde du proche infrarouge. L’intensité élevée du signal SHG, combinée au balayage rapide du faisceau d’excitation assuré par le scanner galvanométrique résonant, ont permis de suivre fidèlement les déplacements rapides des endosomes à des vitesses de plusieurs µm/s. Leurs trajectoires sont ensuite reconstruites à partir des vidéos du signal SHG, puis analysées quantitativement pour évaluer l’impact fonctionnel de perturbations d’intérêt (e.g. facteurs de risque génétique de maladies, molécule potentiellement toxique…). La validation de cette méthode en culture monocouche permet maintenant de l’étendre aux cultures 3D et à des tranches de cerveaux de souris, pour lesquelles l’excitation dans la fenêtre de transparence optique NIR est indispensable pour s’affranchir de l’autofluorescence tissulaire (S. Haziza et al., 2018).

La Plateforme d’Imagerie Multiphotonique du Petit Animal (PIMPA) a pour principal objectif de proposer à la communauté scientifique, académique ou privée un outil de pointe destiné à l'imagerie optique non linéaire chez le petit animal. La plateforme est implantée au bâtiment 440 du campus d'Orsay dans une zone de confinement P2 et à proximité de l'animalerie de l'IBAIC. Cette plateforme est équipée d'un dispositif instrumental offrant la possibilité de combiner les imageries confocale et biphotonique du petit animal et est également ouverte à l'analyse cellulaire et tissulaire. Ainsi configuré, le dispositif a la spécificité de rassembler différentes modalités d'imagerie (spatiale, temporelle et spectrale), multimodalité d'importance majeure pour les expériences in vivo. A cela s'ajoute l'acquisition et la reconstruction tridimensionnelles en temps réel ou différées de processus biologiques de l'échelle cellulaire à tissulaire. PIMPA est une plateforme du programme investissement d’avenir France Life Imaging et membre du Réseau d’Imagerie Cellulaire (RIC) de Paris-Saclay.

Contact : darine.abihaidar@imnc.in2p3.fr

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La Plateforme d’Imagerie Photonique (Institut de Biologie Intégrative de la Cellule – I2BC, Gif-sur-Yvette) donne accès à un parc de microscopes équipés pour répondre aux besoins d’imagerie de différents modèles cellulaires étudiés en biologie. Elle s’approprie régulièrement de nouvelles méthodes d’imagerie et met cette richesse d’expertise au service de la communauté scientifique de Paris-Saclay toute entière. Tout récemment, notre plateforme a développé un ensemble méthodologique permettant l’imagerie et la reconstruction 3D de gros volumes par microscopie confocale à balayage laser automatisée et l’analyse optimisée par une approche s’appuyant sur le « machine learning ».

Contexte de ce développement et démonstration par l’image ! Les plantes carnivores subissent des remaniements majeurs de leur système endomembranaire lorsqu’elles entrent dans un processus de digestion, ce qui en fait un modèle d’étude idéal pour la morphologie des endomembranes. La microscopie électronique est alors la technique de choix pour les études morphologiques résolutives. Cependant elle s’avère longue et fastidieuse lorsqu’il s’agit d’imager de grands volumes comme des organes entiers. Dans notre cas, il s’agissait de glandes sécrétrices de Dionée, organes pour lesquelles typiquement des centaines de coupes sériées peuvent être réalisées (Figure A) après fixation chimique et enrobage en résine acrylique. Ces sections (250 nm d’épaisseur) peuvent être colorées puis imagées de manière automatique au microscope confocal à balayage laser (Figure B) permettant l’obtention d’images de très bonne résolution. Elles permettent également de séparer spectralement les composés fluorescents ou autofluorescents présents dans les différents compartiments cellulaires. Ces très grands volumes de données sont alors analysés par une approche de « machine learning » afin de détecter et segmenter automatiquement sur chaque image, les parois, le cytoplasme ainsi que les vacuoles (Figure C). Cette étape de segmentation automatique est d’autant plus facile que les marqueurs fluorescents sont discriminants spatialement et que les volumes de données sont importants pour « entrainer » le logiciel de machine learning. Enfin, ces données sont traitées par un logiciel de reconstruction des volumes (IMARIS) permettant d’extraire des objets et mesurer des volumes (Figure D). Ici, les données spectrales obtenues par microscopie confocale ont été essentielles pour permettre une reconnaissance automatique des compartiments cellulaires. Ce protocole d’analyse d’images a permis de mettre en évidence et de quantifier en 3 dimensions une forte fragmentation des vacuoles présentes dans le cytoplasme des cellules des glandes sécrétrices des plantes carnivores, lors du processus de digestion de proies. Ce travail a fait l’objet d’une communication par poster lors des 17èmes Journées du Réseau de Centres Communs de Microscopie (RCCM, aujourd’hui le RIME ou Réseau d’Imagerie en Microscopie Electronique) les 6, 7 et 8 juin 2018 à Clermont-Ferrand (Boulogne C et al., 3D analysis of secretory system in digestive glands of Venus flytrap).

A noter : Ce travail a été mené en collaboration avec une autre plateforme d’Imagerie-Gif (I2BC) : la Plateforme de Microscopie Electronique (http://www.i2bc.paris-saclay.fr/spip.php?article282, Cynthia Gillet).

Les différents systèmes d'imagerie de la Plateforme d’Imagerie Photonique permettent des approches multi-échelles allant du tissulaire (macroscopie), cellulaire (microscopie confocale) jusqu'au niveau subcellulaire (microscopie super résolue). La plateforme est hébergée au sein de l'Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), ce qui lui confère une forte expertise dans l'étude de différents modèles biologiques cellulaires : cellules animales, végétales, plantules, bactéries, levures… Afin de permettre aux utilisateurs d'exploiter au mieux les données obtenues sur les microscopes, ils sont également accompagnés par les ingénieur(e)s de la plateforme pour le traitement et l’analyse des images. Des stations de calcul puissantes équipées de logiciels dédiés sont mises à leur disposition. Certifiée ISO 9001 :2015/NFX 50-900 :2016, la plateforme accueille régulièrement des projets du secteur privé.

Contact : romain.lebars@i2bc.paris-saclay.fr

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Les phytotrons sont des équipements permettant un contrôle précis des conditions environnementales des plantes, telles que la durée du jour, la quantité et qualité de la lumière, la température et l'humidité. Sur le territoire Paris-Saclay, les phytotrons de la plateforme Serre de Biologie Végétale de l'UFR Sciences (Orsay) ont, entre autres, été utilisés pour étudier la variation génétique naturelle chez Arabidopsis par rapport à diverses espèces phytoparasitaires. Comme les phénotypes sont déterminés à la fois par le génotype et l’environnement, ce travail nécessite l'analyse de nombreuses plantes dans des conditions hautement contrôlées et se déroule en plusieurs étapes. Celles-ci incluent des analyses quantitatives du trait d'intérêt (résistance de plantes aux espèces phytoparasitaires, par exemple), la cartographie des locus de traits quantitatifs (QTL), la cartographie fine, le clonage du ou des gènes responsables et la vérification de leurs effets à l'aide des outils génétiques, moléculaires et biochimiques. 

Récemment, les travaux menés sur cette plateforme ont permis de mettre en évidence que certains types de produits naturels, des glucosinolates (connus également à partir de moutarde ou de raifort), contribuent à la défense des plantes contre les pucerons et les nématodes à galles. Ces travaux ont été menés par un doctorant de l’Université Paris-Sud (Mukhaimar M., 2015, titre de la thèse : sources naturelles de la résistance contre les nématodes à galles Meloidogyne javanica chez la plante modèle Arabidopsis thaliana) et d’une publication (Pfalz et al., 2016). Fait particulièrement intéressant, bien que la même classe de glucosinolates, dérivés du tryptophane, est impliquée dans les deux cas, les composés efficaces diffèrent par leurs modifications structurelles, incitant à la poursuite de recherches au niveau fonctionnel comme évolutif. 

La Serre de Biologie Végétale de l'UFR Sciences est située dans le campus d'Orsay. Elle est équipée de compartiments de serre et de chambres climatiques pour les cultures expérimentales en niveau de confinement S1. Elle possède aussi quelques parcelles de pleine terre sous serre en S1. Les surfaces de cultures peuvent être louées pour la recherche publique ou privée, et pour l'enseignement.

Contact : virginie.heraudet@u-psud.fr

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© Christophe Richard / INRA MIMA2 CIMA

La plateforme MIMA2 (Plateforme de Microscopie et Imagerie des Micro-Organisme Animaux Aliments) offre la possibilité de travailler de l'échelle nanoscopique à l'animal entier, sur des animaux vivants ou des échantillons préparés, y compris pathogènes. Située à l’INRA sur le site de Jouy-en-Josas, MIMA2 propose son savoir-faire et son espace de laboratoire (compétences vétérinaires et chirurgicales, protocoles et automates de préparation, travail en environnement confiné L2, en autonomie ou en prestation) et fournit des modèles animaux rongeurs et non-rongeurs (petits ruminants, lapins, porcs).

Les modèles animaux au service de la greffe ! Au sein de MIMA2, le plateau « Chirurgie et Imagerie Médicale chez l’Animal » (CIMA) associe des équipements chirurgicaux et d’imagerie de pointe en échographie Doppler, endoscopie, endomicroscopie. Depuis 2017, CIMA collabore étroitement avec l’hôpital FOCH (Suresnes) pour la mise au point de nouvelles méthodologies de conservation du greffon avant transfert (greffe de poumon) et pour le raffinement de la chirurgie et l’évaluation fine de la qualité fonctionnelle du greffon après transplantation utérine. Les tissus sont évalués d’une part in vivo par imagerie Doppler pour la perfusion et par endomicroscopie pour la nécrose et l’inflammation, puis, d’autre part, analysés par histologie et immunohistochimie. Ces travaux ont déjà fait l’objet d’une première publication (Favre-Inhofer et al., 2018) et ont récemment été suivi par la première greffe d’utérus chez l’humain en France, réalisée à l’hôpital Foch en avril 2019 !

Ces recherches bénéficient actuellement de financements récents (FRM, partenariat privé) et constituent un volet essentiel de la toute première Chaire Universitaire de transplantation française, signée entre l’hôpital Foch et l’UVSQ en 2018. Cette chaire s’appuie sur l’expertise et les outils de MIMA2 en association avec les chercheurs des unités de SAPS – Sciences Animales Paris Saclay. Elle contribue à la reconnaissance à l’échelle nationale de l’engagement de MIMA2 dans le développement de modèles animaux non-rongeurs et l’imagerie à tous les niveaux.

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La Plateforme de Microscopie et Imagerie des Micro-Organisme Animaux Aliments (MIMA2) est une plate-forme de plusieurs unités de recherche INRA localisée sur le site du centre INRA Île-de-France-Jouy-en-Josas. Elle regroupe des équipements complémentaires offrant la possibilité de travailler de l'échelle nanoscopique à l'animal entier, et sur des échantillons vivants, pathogènes, ou préparés, selon la méthode. Les techniques disponibles sont l'imagerie in vivo par rayons X, bioluminescence, ultrasons ou fibrée, la vidéomicroscopie et l'illumination structurée, la microscopie confocale, et les microscopies électroniques à balayage et en transmission. La plateforme propose son savoir-faire et son espace de laboratoire pour les échantillons qui y seront traités (compétences vétérinaires et chirurgicales, protocoles et automates de préparation, possibilité de travailler en environnement confiné L2, en autonomie ou en prestation). Elle offre aussi les compétences et les ressources informatiques pour le transfert, le stockage et l'analyse des données qui y sont générées. La plateforme possède une expertise scientifique pluridisciplinaire : développement de l'embryon et de ses annexes, cardiologie, composition en tissus des mammifères modèles biomédicaux ou d'intérêt agronomique, suivis infectieux dans les petits animaux modèles, les micro-organismes et les matrices alimentaires. Elle est ouverte à toutes demandes extérieures sur tous les sujets d'études dans la limite de la capacité de ses instruments. Enfin, la plateforme est labellisée Ibisa et Infrastructure Scientifique Collective de l’INRA.

Contact : thierry.meylheuc@inra.fr

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La plateforme APTAMERE rattachée au département MIRCen de l'institut de biologie François Jacob (CEA) propose des méthodologies, équipements et expertises pour la sélection, la caractérisation et l'ingénierie d'aptamères. Un aptamère est un oligonucléotide synthétique, le plus souvent un ARN qui est capable de fixer un ligand spécifique et parfois de catalyser une réaction chimique sur ce ligand. Ces macromolécules sont généralement isolées in vitro à partir de banques d'un grand nombre de composés de séquence aléatoire et par une méthode de sélection itérative appelée SELEX. Les aptamères sont utilisés pour la recherche fondamentale afin de recréer des molécules pouvant avoir été à l'origine de la vie sur terre. Mais ils peuvent également être utilisés dans de nombreuses applications comme le développement d'agent de contraste pour l'imagerie, de procédés de bio-purification, de kit de diagnostic, ou de nouvelles thérapies. APTAMERE propose ses services aux équipes de recherche académiques d’une part, mais aussi à des partenaires industriels.

Retour sur une récente évolution : APTAMERE a récemment développé une méthode (PATTERNITY.seq) permettant d’améliorer la sélection d'aptamères à l'aide du séquençage à haut débit. PATTERNITY.seq est capable d’analyser plusieurs millions de séquences pour reconstruire des modèles d’évolution basés sur des séquences primaires et des prédictions de motifs structuraux. En croisant ces données, des aptamères plus affins et plus sélectifs peuvent être identifiés plus rapidement et en utilisant un nombre réduit de cycles de sélection. De plus, l'évolution des séquences peut être corrélée à la pression de sélection ce qui permet d'améliorer encore les protocoles de sélection.

Cette méthode a été publiée l'année dernière dans Nucleic Acids Res et a été primée lors des deux derniers congrès internationaux sur les aptamères (Aptamers-in-Bordeaux, 2017 et Oxford Symposium on Aptamers, 2018). Elle a suscité un engouement dans la communauté "aptamère" et la plateforme est actuellement sollicitée régulièrement pour des prestations utilisant cette méthode. La plus grande surprise a été d'être contacté très rapidement par des laboratoires à l’international (USA, Brésil, Allemagne et autres), soulignant la très grande valeur ajoutée de cette approche. Afin de conserver son leadership dans ce domaine, la plateforme continue à améliorer PATTERNITY.seq© – actuellement à la version v4.0 – et projette d’acquérir un petit séquenceur à haut-débit (iSeq 100 system, Illumina) afin de satisfaire un plus grand nombre de demandes encore.

La plateforme APTAMERE se trouve sur le site du CEA de Fontenay-aux-Roses. Cette plateforme propose des méthodologies, équipements et expertises pour la sélection, la caractérisation et l'ingénierie d'aptamères ADN, ARN ou acides nucléiques résistant aux nucléases. Ces aptamères peuvent servir dans différentes applications comme le développement d'agent de contraste, de procédés de bio-purification, de kit de diagnostic, ou de nouvelles thérapies. La plateforme est ouverte aux prestations ou collaborations avec les industriels ou laboratoires académiques et permet d'identifier des aptamères contre tout type de cible (petites molécules, peptides, protéines, cellules...). En s’assurant de la protection des travaux (brevets, accord de confidentialité, MTA...), nous travaillons en étroite relation avec nos partenaires afin d’être au plus proche de leurs besoins. Un soin particulier est porté sur les protocoles de sélection afin de garantir que les aptamères répondent au mieux à leur utilisation finale. Notre plateforme peut également être utilisée pour caractériser des aptamères en terme d'affinité, de spécificité et d'activité biologique. Récemment la plateforme a développé une méthode (PATTERNITY.seq©) pour améliorer la sélection d'aptamères à l'aide du séquençage à haut débit. Cette méthode permet d'identifier plus rapidement les aptamères et a reçu des prix aux deux derniers congrès internationaux sur les aptamères.

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Contact : frederic.duconge@cea.fr

L’aimant du projet Iseult, en installation à Neurospin (CEA/DRF/JOLIOT, plateforme NEUROSPIN / Imagerie in vivo chez l’homme, ex vivo et in vitro, IRM 11,7T) a atteint son champ nominal de 11,7 teslas (T) le 18 juillet 2019. Il s’agit d’un record mondial pour un aimant IRM humain corps entier, qui vient couronner des années de R&D, à la pointe de l’innovation dans le domaine des aimants supraconducteur.

En cours d’installation depuis juillet 2017, le colosse magnétique est désormais pleinement opérationnel. Les équipes ont dû pour cela relever tous les défis que représente la mise en œuvre d’un tel équipement : i) connecter l’aimant aux équipements auxiliaires déjà installés et testés (usine cryogénique, alimentations électriques, système de contrôle-commande) ; ii) atteindre une température homogène de 1,8 K : l’aimant doit être refroidi à 1,8 K (-271°C), température à laquelle l’hélium est dans un état physique particulier, dit « superfluide ». À ce niveau de température, le conducteur qui compose l’aimant (alliage niobium-titane) n’oppose aucune résistance au courant électrique, évitant ainsi toute dissipation du courant et tout échauffement : il est à l’état supraconducteur ; et enfin iii) monter par palier pour atteindre 11,7 T : une fois le conducteur refroidi à sa température nominale, il a fallu ensuite injecter progressivement le courant dans l’aimant. Cette « montée en puissance » s’est réalisée en plusieurs étapes, avec de nombreux essais électriques et magnétiques, ainsi que des tests des procédures d’arrêt d’urgence. En tout, 1300 procédures prévues pour détecter l’apparition de défauts potentiels ont été testées.

A noter que pour atteindre son champ magnétique nominal, l’aimant est alimenté par un courant de 1500 ampères, et les bobines de conducteur sont en permanence refroidies par 7000 litres d’hélium à l’état superfluide. La fabrication de ce prototype de 132 tonnes, 5 m de longueur, 5 m de diamètre extérieur et 90 cm de diamètre intérieur, aura demandé six ans dans les usines de Alstom – devenu GE – à Belfort et près de deux ans de travaux d’installation et de tests (Le Bihan and Schild, Supercond. Sci. Technol. 2017).

Au cours des prochains mois, les équipements nécessaires pour réaliser les images cérébrales seront installés autour de l’aimant ainsi que dans son tunnel central, pour en faire un scanner IRM humain capable de sonder le cerveau à des précisions jamais atteintes, au bénéfice de la recherche fondamentale, des sciences cognitives et du diagnostic des maladies neurodégénératives.

La plateforme NEUROSPIN / Imagerie in vivo chez l’homme, ex vivo et in vitro, IRM 11,7T a pour objectifs scientifique de i) visualiser le cerveau humain à une résolution spatiale inégalée jusqu'ici : échelle « mésoscopique » (~100 microns) ; ii) découvrir de nouveaux contrastes, et iii) explorer les possibilités de l'imagerie moléculaire à très haute sensibilité. Ceci sera rendu possible grâce aux caractéristiques exceptionnelles du scanner IRM 11.7 T, résumées ci-contre : (1) aimant opérant en mode non-persistant pour une meilleure stabilité temporelle ; (2) bobine principale composée de bobines individuelles de conception «en double galettes » pour une meilleure homogénéité spatiale ; (3) deux bobines de blindage actif ; (4) champ magnétique : 11.75 T ; (5) énergie stockée : 338 MJ ; (6) courant : 1483 A ; (7) inductance : 308 H ; (8) longueur Cryostat : 5 m ; (9) diamètre extérieur : 5.2 m ; (11) diamètre interne du tunnel de l'aimant : 90 cm ; et (12) poids : 132 tonnes.

Contact : cecile.lerman@cea.fr ou nicolas.boulant@cea.fr

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La plateforme AMATrace met à disposition des équipes du territoire Paris-Saclay un ensemble de tests comportementaux adaptés à des animaux modèles aquatiques permettant de mesurer locomotion, anxiété et stress, agression, mémoire spatiale et comportements sociaux. Les poissons téléostéens deviennent progressivement des animaux modèles pour les analyses comportementales, aussi bien pour l’analyse des comportements « innés » que pour des comportements « acquis ». Certains téléostéens possèdent un répertoire comportemental assez similaire à celui observé chez des mammifères et des oiseaux. Les bases neuroanatomiques chez les poissons modèles sont mal comprises mais leur avantage est la disponibilité des outils génétiques (e.g. poissons zèbres). La combinaison de ces approches avec les compétences de la plateforme permet d’aborder l’étude des mécanismes cérébraux des comportements. La plateforme AMATrace permet d’analyser les phénotypes comportementaux dans le cadre de projets de recherche grâce à ces nombreux protocoles standardisés.

Exemple choisi de développement chez le poisson zèbre ! Récemment, une collaboration entre une équipe de l’Institut des Neurosciences Paris-Saclay (NEURO-PSI) et la plateforme AMATrace a permis la mise au point d’une méthode et un dispositif (aquarium dédié) permettant de mettre en évidence la mémoire de travail chez le poisson zèbre. Le test développé est une adaptation originale de celui couramment utilisé chez les mammifères ou les oiseaux (« delayed matching-to-sample » ou « choix après un délai en fonction d’un indice »), mais jamais à ce jour décrit pour le poisson. Il se base sur la règle suivante : « pour obtenir sa récompense, l’individu doit, après un délai de réflexion, choisir le compartiment possédant la couleur identique à celle présentée initialement ». Grâce à la création d’un protocole précis et d’un aquarium adapté nous avons pu obtenir des résultats montrant que le poisson zèbre est capable de faire non seulement un apprentissage associatif mais aussi de retenir une information pour s’en servir par la suite.

Ces résultats ont fait l’objet d’une publication (Bloch et al., Behavioural Brain Research 2019) dans le cadre d’un travail de thèse de l’Université Paris-Saclay. De plus, en raison de l’innovation représentée par ce test et de ses possibilités d’applications variées (pharmacologique par exemple), une déclaration d’invention suivie d’un dépôt de brevet ont été effectués. Cette collaboration aura permis de mettre en place un protocole chez le poisson comparable à celui utilisé chez les mammifères et les oiseaux, permettant ainsi l’étude comparée d’une fonction cognitive comme la mémoire de travail.

La plateforme AMATrace met à disposition une large panoplie de tests comportementaux adaptés à des modèles aquatiques tels que le poisson zébré, le Médaka et l’Astyanax, permettant de mesurer locomotion, fonction olfactive, ajustement sensori-moteur, anxiété et stress, agression, et mémoire émotionnelle et spatiale. L’équipement de cette plateforme a été financé par la Fondation pour la Recherche Médicale (FRM) dans le cadre de l’appel d’offres « Aide à la Création de Plateaux Techniques » 2008. Cette plateforme est opérée sous la direction d’un Ingénieur d’Etudes CNRS qui en assure maintenance et aide aux utilisateurs.

Contact : cynthia.froc@inaf.cnrs-gif.fr

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La Plateforme de Spectroscopies Électroniques  (CEA/DRF/JOLIOT, I2BC (UMR CEA/CNRS/UPSay), Gif-sur-Yvette) offre ses services à des équipes de recherche françaises et internationales. Elle a développé (et continue à améliorer) un montage unique de spectroscopie optique résolue dans le temps, surpassant les montages conventionnels (commerciaux) en sensibilité et en résolution temporelle. Ce type de méthodologie est particulièrement déterminant pour l’élucidation de processus irréversibles et/ou de processus qui se produisent dans des fenêtres temporelles allant de quelques centaines de picosecondes à des dizaines de nanosecondes, où les montages conventionnels performent mal ou ne peuvent pas être utilisées du tout.

Exemple choisi d’application : En 2016, l’équipe de Frédéric Beisson (Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille (BIAM) / CEA-CNRS-AMU, Cadarache) a découvert une nouvelle photoenzyme (baptisée plus tard « Fatty Acid Photodecarboxylase » (FAP)) dont l’action est la décarboxylation des acides gras dans certaines algues. Son mécanisme moléculaire a été élucidé sur Paris-Saclay (CEA-Joliot / I2BC) (Sorigué et al., Science 2017), grâce à une série d'expériences d'absorption transitoire et de fluorescence résolues dans le temps et réalisées sur cette plateforme. Ce mécanisme se caractérise par 3 étapes : i) lors de la photoexcitation, le cofacteur FAD (flavine adénine dinucléotide) oxydé extrait un électron du substrat (l'acide gras R-COO‒), formant une paire de radicaux FAD•‒ / R-COO• en 300 picosecondes ; ii) le radical R-COO• se décarboxyle immédiatement, formant un radical alkyle R• et du dioxyde de carbone (CO2) ; iii) ce dernier radical (R•) est ensuite stabilisé par le retour d’un électron du FAD•‒ et par un transfert concomitant de proton (d'un donneur non encore identifié) en environ 100 nanosecondes. Le rendement quantique global de la photoréaction dépasse 80% et le turn-over (au moins 15 substrats par seconde) dépasse d'au moins un facteur de 10 le turn-over maximal connu de décarboxylases à activation thermique. La découverte de la FAP et la compréhension détaillée du mécanisme moléculaire de son fonctionnement ouvrent la voie à une production « verte » de n-alcanes et de n-alcènes (couramment utilisés dans l’industrie cosmétique) et éventuellement aussi à une production de carburants provenant de sources non-fossiles.

La Plateforme de Spectroscopies Électroniques comprend plusieurs expertises dont la spectroscopie d'absorption transitoire décrite ci-dessus dans le proche UV, Vis et proche IR avec une sensibilité et une résolution temporelle sans précédent. Cette approche permet d’étudier les cinétiques des réactions chimiques ou biochimiques photo-induites aux multiples longueurs d'onde discrètes. La plateforme est équipée de plusieurs spectromètres d'absorption et de fluorescence (y compris un certain nombre de spectromètres PAM spécialisés) ainsi que des spectromètres à thermoluminescence. Cette plateforme fait partie d’un ensemble de plateformes de Biophysique de l’I2BC, labélisées IBISA qui comprend :

• la spectroscopie par transformée de Fourier infrarouge (FTIR) qui permet de mesurer simultanément des données avec une haute résolution spectrale sur un large spectre de longueurs d’onde ;
• la résonance paramagnétique électronique (RPE et RPE haut-champ) pour étudier les radicaux organiques et métaux dans des mécanismes réactionnels ou dans des études structurales ;
• la microscopie super-résolution à fluorescence, qui permet d’obtenir des images de fluorescence avec une résolution de 50 nm en cellules entières ;
• la spectroscopie de résonance Raman qui permet de caractériser des détails moléculaires au sein de molécules.

Contacts : andrew.gall@i2bc.paris-saclay.fr et pavel.muller@i2bc.paris-saclay.fr

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La plateforme de séquençage à haut-débit de l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC / plateforme de séquençage à haut-débit), installée sur le campus CNRS de Gif-sur-Yvette, réalise chaque année un nombre important de prestations pour les équipes de recherche du territoire Paris-Saclay. Ces prestations incluent la préparation de librairies, le séquençage et l’analyse des données. Ces dernières portent sur une grande variété de projets de génomique avec la technologie Illumina. Utilisant son nouveau séquenceur GridION, la plateforme s’est également fortement engagée depuis 2 ans dans la technologie d’Oxford Nanopore Technologies pour le séquençage de molécules uniques d’ADN et d’ARN.

I2BC / plateforme de séquençage à haut-débit a récemment réussi une prouesse en assemblant le chromosome mitochondrial d’une souche de levure de boulanger grâce à la technologie Nanopore. Ce travail a été effectué en collaboration avec l’équipe de Nathalie Bonnefoy au sein du Département de Biologie Cellulaire de l’I2BC. Le génome de la mitochondrie de la levure peut contenir jusqu’à 13 introns qui ont été délétés dans une souche utilisée initialement pour des études fondamentales de l’épissage (Seraphin et al., 1987). L’absence d’introns mitochondriaux de cette souche permet de l’utiliser comme modèle pour mimer le génome de la mitochondrie humaine, qui ne contient pas d’introns, dans des études de pathologies respiratoires (syndrome de Leigh, NARP, MELAS, …). Bien que cette souche soit utilisée depuis plus de 30 ans, la séquence complète de son génome mitochondrial n’avait pas été déterminée. Il contient en effet des régions très riches en AT et en GC qui rendent très difficile son séquençage par les méthodes usuelles. Une étude récente des méthodes de séquençage de 3ème génération (Oxford Nanopore Technologies et PacBio) a permis l’assemblage complet des 16 chromosomes nucléaires de la souche de levure de référence mais pas l’assemblage de son chromosome mitochondrial dont la reconstruction est restée incomplète (Giordano et al., 2017). La plateforme a entrepris de réaliser la séquence complète du génome mitochondrial sans introns (souche CW252) en tirant avantage des progrès récents de la technologie Nanopore. L’assemblage réalisé par séquençage Nanopore a été corrigé en utilisant des séquences Illumina, ce qui a finalement permis d’obtenir une séquence complète de 70523 bases (Naquin et al., Genome Announcements 2018). Pour mener à bien cette étude, la plateforme a mis en place les outils bioinformatiques adaptés (corrections par redécoupage du signal électrique et par alignement avec les lectures Illumina).

Le séquençage Nanopore prend une importance croissante dans de nombreux domaines de la biologie. Cette technologie révolutionnaire permet d’obtenir des lectures directes de fragments d’ADN de plusieurs centaines de kilobases et ainsi d’obtenir en un seul passage des génomes complets dont l’assemblage restait très difficile. Cette technologie permet par ailleurs le séquençage direct de molécules d’ARN et l’identification des isoformes d’ARN messagers (épissage alternatif). Elle permet également la détection directe des bases modifiées d’ADN et d’ARN (bases méthylées) ouvrant ainsi l’accès aux études d’épigénétique et d’épitranscriptomique. La plateforme est une des seules en France engagée dans cette détection des bases modifiées d’ADN et d’ARN. La plateforme souhaite développer des approches autour de la cellule unique et s’équiper prochainement d’un Chromium Controller (10X Genomics) permettant d’obtenir les transcriptomes de plusieurs milliers de cellules en parallèle.

I2BC / plateforme de séquençage à haut-débit a été créée en janvier 2010 et est accessible à tous les utilisateurs académiques et industriels. Elle prend en charge l’intégralité de la prestation, de la préparation des librairies et du séquençage jusqu’à l’analyse des données et réalise une grande variété de projets de génomique avec la technologie Illumina. Utilisant son nouveau séquenceur GridION, elle s’est fortement engagée depuis 2 ans, dans la technologie Nanopore pour le séquençage de molécules uniques d’ADN et d’ARN. Elle est membre du Réseau des plateformes de génomique de Paris-Saclay (GENOPS).

Contact : claude.thermes@i2bc.paris-saclay.fr

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© L. Becquey / IBISC / Univ. Evry

La Plate-forme EvryRNA hébergée au sein du laboratoire génopolitain IBISC (Informatique, Bio-informatique et Systèmes Complexes – Université d’Évry/ENSIIE), en collaboration avec l’IPS2 (Institut des Sciences des Plantes de Paris-Saclay), a mis au point une nouvelle méthode bio-informatique d’identification des ARN non-codants, nommée IRSOM, qui est le fruit d’un travail de plusieurs années. L’objectif est de séparer les Ahttps://www.pluginlabs-universiteparissaclay.fr/fr/entity/915051RN non-codants des ARN codants des protéines, tout en distinguant les cas ambigus, puis de classer les ARN non-codants en fonction des données biologiques. Les outils développés combinent plusieurs approches et reposent sur un système de réseaux de neurones appelé « cartes auto-organisatrices ». Une innovation méthodologique qui pourra révéler de nouvelles classes de ces ARN dont on découvre aujourd’hui toute l’importance !

L’étude des ARN non-codants : un domaine en pleine évolution ! les dernières décennies ont été le théâtre de la découverte d’une multitude de petits ARN non-codants. La fonction des ARN ribosomiques et des ARN de transfert pour traduire le message des gènes en protéines était connue, mais aujourd’hui, les scientifiques dévoilent d’autres ARN et démontrent progressivement qu’ils agissent comme des régulateurs de l’expression des gènes, par conséquent comme des acteurs de l’adaptation aux changements environnementaux… Si les fonctions biologiques de micro ARN (miARN) ou de petits ARN interférents (siARN) sont connues, de nouvelles classes d’ARN non-codants restent à découvrir. Le domaine est en pleine évolution. Pour tenir compte de cette dynamique scientifique et répondre aux besoins des chercheurs, la Plate-forme EvryRNA a innové en créant un système bio-informatique très flexible de classification des ARN, offrant diverses options selon les informations détenues par le chercheur. La méthode mise au point par la Plate-forme EvryRNA (Platon L et al. Bioinformatics, 2018) représente ainsi une étape importante vers un outil générique de classification des ARN non-codants, dont on révèle chaque jour davantage l’implication dans les mécanismes biologiques et dans certaines pathologies.

La plateforme EvryRNA (IBISC, UEVE/GENOPOLE) développe et met à disposition de la communauté scientifique des algorithmes et logiciels pour l’identification d’ARN non-codants et la prédiction de leur structure.

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Contact : fariza.tahi@ibisc.univ-evry.fr