La brillance des molécules uniques, une nouvelle dimension pour l’imagerie super-résolue en biologie
En imagerie super-résolue, une nouvelle méthode exploite la brillance de fluorophores individuels plutôt que leur spectre pour distinguer simultanément plusieurs protéines, sans perte notable de résolution. Elle ouvre la voie à une cartographie plus riche du vivant à l’échelle nanométrique.
Références :
Brightness demixing for simultaneous multi-target imaging in 3D single-molecule localization microscopy. Laurent Le, Surabhi K. Sreenivas, Emmanuel Fort, Sandrine Lévêque-Fort, Nature Methods - Publié le 5 juin 2026.
DOI : 10.1038/s41592-026-03118-6
Archive ouverte : HAL
Comprendre le fonctionnement des systèmes biologiques nécessite d’observer leur organisation à l’échelle nanométrique. La microscopie de fluorescence super-résolue rend cette observation possible en dépassant la limite de diffraction de la lumière : les molécules fluorescentes sont activées par petits groupes, localisées une à une, puis leurs positions sont accumulées pour reconstruire une image nanométrique. Toutefois, un verrou majeur subsiste : distinguer simultanément plusieurs protéines différentes tout en conservant cette très haute précision de localisation. Les approches actuelles reposent principalement sur la séparation spectrale de l’émission de fluorescence, une stratégie limitée par le recouvrement des spectres d’émission des fluorophores et par les contraintes expérimentales nécessaires pour les séparer optiquement.
Une collaboration fortement interdisciplinaire à l’interface physique-biologie a permis le développement d’une nouvelle approche permettant de distinguer simultanément plusieurs cibles moléculaires marquées par des fluorophores, non plus uniquement à partir de leur spectre, mais directement grâce à leur brillance, c’est-à-dire à la quantité de lumière émise par chaque molécule fluorescente individuelle.
Ces recherches ont été menées dans les laboratoires CNRS suivants :
- Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO, CNRS/Université Paris-Saclay)
- Institut Langevin (CNRS/ESPCI Paris - PSL)
Ces travaux ont notamment bénéficié du soutien du Fonds AXA pour la recherche, du Labex WIFI, de l’ANR TimeLoc et du financement européen ERC TimeNanolive.
Cette stratégie originale, appelée brightness demixing, exploite le fait qu’en microscopie de localisation de molécule unique, chaque fluorophore peut être observé individuellement et caractérisé par le flux de photons qu’il émet. Cette propriété peut être ainsi utilisée comme une véritable signature pour séparer différentes protéines associées à différents fluorophores au sein d’un même échantillon biologique. Cette nouvelle façon d’exploiter le signal des molécules uniques s’inscrit dans la continuité des travaux des deux équipes sur le contrôle temporel de leur illumination. Initialement développée pour améliorer leur localisation, elle ouvre désormais une nouvelle dimension d’information pour l’imagerie super-résolue.
Contrairement à d’autres méthodes permettant de distinguer plusieurs protéines dans une même expérience, cette approche ne nécessite pas de multiplier les voies de détection optique. Elle peut être intégrée à des microscopes de localisation standard, à condition de disposer d’une illumination homogène et d’une cadence d’acquisition adaptée. Les chercheurs et les chercheuses l’ont validée sur plusieurs objets biologiques complexes, notamment les pores nucléaires, ainsi que sur des structures cellulaires dont trois protéines différentes ont été marquées simultanément. Ils montrent également que cette méthode reste compatible avec l’imagerie 3D (Figure 1). Ces résultats indiquent qu’il devient possible de distinguer davantage de protéines simultanément, sans dégradation notable de la résolution spatiale. De plus, en préservant un champ d’observation large, ces travaux pourraient contribuer à l’étude de l’architecture nanométrique de systèmes biologiques complexes, notamment dans des contextes liés à des pathologies.
