Développement d’un Simulateur fondé sur la Dynamique Brownienne de molécules individuelles et dédié à l’Imagerie de Fluorescence sur Cellules Vivantes

La fluorescence a revolutionne l’imagerie cellulaire : en ameliorant grandement le contraste, elle a permis d’imager des structures et de suivre des dynamiques moleculaires, jusqu’alors inaccessibles. Il existe aujourd’hui un grand nombre de techniques de microscopie optique exploitant les proprietes de molecules fluorescentes. Ces techniques permettent d’observer des structures toujours plus fines, de suivre la dynamique d’un ensemble de molecules (FRAP, PAF) ou de molecules individuelles (SPT, FCS) mais aussi d’etudier en temps reel leurs interactions moleculaires (FCCS, FRET). Toutefois, ces paradigmes experimentaux sont complexes et de nombreux biais peuvent entacher d’erreurs les resultats obtenus.Dans le but d’interpreter avec precision les experiences d’imagerie de fluorescence sur cellules vivantes, nous avons developpe un logiciel de simulation qui prend en compte les parametres caracteristiques de ces experiences. Ce logiciel possede une interface graphique permettant d’ajuster en temps reel les parametres de la simulation, et utilise des methodes de Monte Carlo pour simuler la dynamique Brownienne de molecules individuelles ainsi que la photophysique des fluorophores associes. Ces molecules qui evoluent dans une geometrie definie par l’utilisateur peuvent transiter reversiblement entre un etat diffusif rapide et un etat diffusif lent, appele etat piege, dans des compartiments subcellulaires specifiques. Les fluorophores peuvent exister dans trois etats : fluorescent, eteint et photo-blanchi. Des taux de transitions entre ces etats sont utilises pour simuler les experiences de fluorescence.Nous montrons dans un premier temps que les simulations generees par notre algorithme sont en accord avec des modeles theoriques classiquement utilises pour analyser les experiences d’imagerie de fluorescence. Dans un second temps, nous utilisons le logiciel pour etudier un contact adhesif entre deux cellules COS medie par deux proteines d’adhesion formant un complexe heterologue : la neurexine et la neuroligine. Des experiences d’imagerie de fluorescence (SPT, FRAP, FCS) ont ete realisees et sont interpretees en utilisant des simulations. Dans cette etude, nous mettons en evidence que les proprietes dynamiques de la neurexine sont modifiees au niveau du contact cellule-cellule, en bon accord avec le modele