rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

AFM pour les sciences biologiques :
neurones, cellules de muscle lisse et points quantiques clignotants
Chercheurs : Peter Grütter, Hélène Bourque, Paul Wiseman et Robert Bruce Lennox
Collaborateurs : Y. de Koninck (U. Laval); J. Martin (Meakins Christie Labs); J. Dent et H. Sleiman (U. McGill); E. Shoubridge (Institut neurologique de Montréal)
Étudiants : Nela Durisic et Fernando Suarez
Contact : Peter Grütter; grutter@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/spm
La microscopie à force atomique (Atomic Force Microscopy – AFM) combinée à des techniques
de fluorescence, s’avère un outil puissant pour étudier les phénomènes biologiques. En effet, la
combinaison de l’AFM avec les méthodes biochimiques et techniques optiques nous permet de
visualiser l’effet cellulaire, ou macroscopique, d’interactions prenant place à l’échelle moléculaire.
Cette technique a permis entre autres, de déterminer les propriétés viscoélastiques de cellules
musculaires lisses (importance pour le traitement de l’asthme), les changements dans les propriétés
mécaniques au cours de la formation de synapse ainsi que les propriétés photophysiques de points
quantiques semiconducteurs. Cette infrastructure, et l’expertise qui y est associée, sont accessibles
aux utilisateurs externes; les projets de recherche sont entrepris avec des collaborateurs des
sciences biologiques.
La combinaison de l’AFM avec des méthodes de fluorescence
à un seul photon et des mesures électrophysiologiques permet
d’adapter la technique à des applications biologiques. Une
cellule de perfusion à température contrôlée permet de traiter
des échantillons en solution, en contrôlant la température et
les échanges de drogues. Les expériences peuvent donc être
conduites in vitro, sur des cellules vivantes en culture.
fluorescence (TIRF) » à cinq longueurs d’onde), une camera
pouvant détecter un seul photon et mesures par la méthode de
« patch clamp » sur des canaux isolés (Figure 2).
Quelques exemples de projets en cours sont : (i) stratégies
pour fixer des ligands aux pointes d’AFM, (ii) effets coopératifs
de protéines sur l’empaquetage de l’ADN (Figure 1), (iii) modification
des propriétés viscoélastiques de cellules de muscle
lisse en réponse à diverses drogues, (iv) effets des propriétés
chimiques et mécaniques du substrat sur l’expression génique
dans des cellules de muscle lisse en culture, (v) modification
des propriétés mécaniques au cours de la formation
de la synapse dans des neurones de rat en culture (Figure 1),
(vi) étude du clignotement de points quantiques semiconducteurs
et leur application comme marqueurs de mouvements
cellulaires, (vii) effets photophysiques des variations de pH et
(viii) études FRET de canaux protéiques chez C. elegans. Ces
projets, typiquement entrepris en collaboration avec des chercheurs
des sciences biologiques, requièrent souvent l’adaptation
de certaines composantes du système. Par exemple : le
développement de substrats planaires, combinant les techniques
d’AFM, microscopie par fluorescence (« internal reflection
Figure 1. Gauche : empaquetage d’ADN par la protéine mitochondriale TFAM (image
AFM sans contact 200 nm x 200 nm). Centre et droite : Propriétés mécaniques
de synapses neuronales à différents stades de formation. Centre : topographie
AFM; droite : carte d’élasticité.
Figure 2. Bioscope AFM sur microscope optique inversé. Ce système est accessible
aux utilisateurs externes.
Références
• “Dendritic Spine Viscoelasticity and Soft-Glassy Nature: Balancing Dynamic
Remodeling with Structural Stability”, B.A. Smith, H. Roy, P. De Koninck,
P. Grutter et Y. De Koninck,
Biophys. J 92, 1419 (2007).
• “The Mitochondrial Transcription Factor TFAM Coordinates the Assembly of
Multiple DNA Molecules into Nucleoid-like Structures”, B. Kaufman, N. Durisic,
J. Mativetsky, S. Costantino, M. Hancock, P. Grutter et E. Shoubridge,
Mol. Biol. Cell. 18, 3225 (2007).
• “Detection and Correction of Blinking Bias in Image Correlation Transport
Measurements of Quantum Dot Tagged Macromolecules”, N. Durisic, A.I. Bachir,
D.L. Kolin, B. Hebert, B.C. Lagerholm, P. Grutter et P.W. Wiseman,
Biophys. J 93, 1338 (2007).
• “DNA-Protein Non-Covalent Crosslinking: Ruthenium Dipyridophenazine Biotin
Complex for the Assembly of Proteins and Gold Nanoparticles on DNA Templates”,
M. Slim, N. Durisic, P. Grutter et H. Sleiman,
Chem.Bio.Chem. 7, 804 (2007).
• “Probing the Viscoelastic Structure of Cultured Airway Smooth Muscle Cells
with AFM: MLCK-Independent Stiffening Induced by Contractile Agonist”,
B.A. Smith, B. Tolloczko, J.G. Martin et P. Grutter,
Biophys. J 80, 2994 (2005).
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