Nouvelle chaire de fondation pour la nanophysiologie : à la recherche de l'ordre cellulaire

Grâce à une microscopie moderne à haute résolution, il est même possible de rendre visible le squelette cellulaire (vert) de la cellule nerveuse d'une mouche ainsi que les points de contact (rouge) avec d'autres cellules. (Photo : Prof. Jan Pielage)

Professeur Sandro Keller, vice-doyen du département de biologie

Ce qui se passe précisément au niveau nanométrique dans les cellules reste encore un mystère pour la recherche. Comment s'organisent des structures telles que les membranes et les complexes enzymatiques dans une cellule ? Comment une cellule sait-elle où est l'avant, l'arrière, le dessous et le dessus ? Comment se forment des structures coordonnées dans l'espace et dans le temps ? La chaire de professeurs pour la nanophysiologie à l'Université Technique de Kaiserslautern (TUK) doit apporter des réponses à ces questions. Au cours des cinq premières années, elle sera financée par la Fondation Carl Zeiss avec un million d'euros. L'objectif est de mieux comprendre la formation de motifs dans les cellules à l'échelle moléculaire, afin de découvrir aussi les causes des maladies, notamment celles du système nerveux.

Que ce soit les taches sur le pelage des léopards et des girafes ou les rayures du zèbre – la manière dont ces motifs se forment lors du développement embryonnaire est désormais bien étudiée. « Des gènes, qui ne sont exprimés que dans certaines cellules et à un moment précis du développement, jouent un rôle important à cet égard », explique le professeur Dr. Sandro Keller, doyen adjoint du département de biologie à la TUK, où la nouvelle chaire sera implantée.

Des processus similaires se produisent également au niveau moléculaire – dans un domaine qui n'est pas directement visible à l'œil nu. L'importance de cette organisation dans ce domaine est illustrée par exemple par la transmission d'informations dans les nerfs. Une organisation spatiale et temporelle précise des synapses sur les cellules nerveuses est essentielle pour que les informations soient traitées correctement entre elles.

Le cytosquelette, le squelette des cellules qui contrôle les processus de mouvement et de transport, est également soumis à une organisation précise. En général, les cellules sont des structures hautement complexes, où par exemple les mitochondries, qui sont les centrales énergétiques de la cellule, ou les complexes protéiques sur les membranes, sont disposés selon un certain motif. « Ce qui se passe exactement au niveau moléculaire, comment les cellules forment cet ordre et le maintiennent fonctionnel pendant des mois ou des années, tout en l'adaptant à des conditions changeantes, n'est pas encore compris en détail », poursuit Keller.

La chaire de professeurs, financée par la Fondation Carl Zeiss, se consacrera à ces questions à l'avenir. Des microscopes à très haute résolution, qui donnent un aperçu du nanocosme, seront notamment utilisés. « Avec des microscopes optiques classiques, nous ne pouvons voir que jusqu'à environ un tiers d'un micromètre à l'intérieur des cellules », explique Keller. « Mais cette technique n'est pas adaptée à l'échelle nanométrique. »

De nouvelles techniques de microscopie, qui révolutionnent actuellement la recherche biologique, seront nécessaires, et grâce à la nouvelle chaire, elles seront également utilisées à la TUK. Pour traiter la grande quantité de données et d'images, une collaboration étroite avec les départements de mathématiques et d'informatique ainsi qu'avec l'Institut Fraunhofer pour la technologie et la mathématique économique ITWM est prévue.

Les résultats aideront non seulement à comprendre les processus cellulaires fondamentaux, mais aussi à découvrir les causes moléculaires des maladies, telles que les troubles nerveux ou les anomalies du développement. La nouvelle chaire de nanophysiologie devrait être pourvue en 2018 et renforcera le centre de recherche en biologie membranaire et systémique de la TUK.

Le professeur Dr. Arnd Poetzsch-Heffter, vice-président pour la recherche et la technologie, se réjouit de cette nouvelle chaire : « Cela nous permettra d'une part de renforcer le centre de recherche avec un domaine thématique important, et d'autre part d'élargir la collaboration interdisciplinaire entre les départements de la TUK et avec l'Institut Fraunhofer ITWM. Je félicite tous les acteurs pour ce succès. »

Theresia Bauer, présidente du conseil de fondation de la Fondation Carl Zeiss, explique la décision de financement : « En finançant cette chaire de fondation, la Fondation Carl Zeiss permet à l'Université Technique de Kaiserslautern de renforcer encore son centre de recherche en biologie membranaire et systémique, déjà très actif. Cela complète notre soutien en cours au Centre de lipidomique et suit le principe de la fondation, qui consiste à orienter le financement en fonction des forces académiques des demandeurs et de leur orientation stratégique. »