FR :

L’observation de la dynamique des événements moléculaires dans la cellule in situ présente une série de défis, notamment la capacité de suivre ces événements avec le maximum de résolution spatiale et temporelle tout en minimisant l’interférence avec la biologie du tissu et de la cellule. L’exploitation récente d’approches fondées sur l’optique non-linéaire, telle que la microscopie par balayage laser de fluorescence produite par excitation à deux photons, a permis de faire des progrès énormes dans ce domaine, notamment parce qu’elle permet de faire des mesures dans un espace très confiné à l’intérieur du tissu intact et à des profondeurs inaccessibles avec la microscopie linéaire conventionnelle. En minimisant l’excitation indésirable du tissu en dehors du point focal, on améliore la résolution et la sensibilité, on simplifie le système optique et on minimise la phototoxicité. Ces avantages sont à la source du succès de la microscopie à deux photons pour l’imagerie cellulaire fonctionnelle. Des percées récentes en optique/photonique permettent d’envisager d’améliorer davantage la résolution spatiale et temporelle de ce type d’imagerie et la capacité de sonder encore plus profondément dans le tissu pour repousser les limites de la biochimie fonctionnelle et de la biologie cellulaire actuelles.

EN :

One of the main challenges of modern biochemistry and cell biology is to be able to observe molecular dynamics in their functional context, i.e. in live cells in situ. Thus, being able to track ongoing molecular events with maximal spatial and temporal resolution (within subcellular compartments), while minimizing interference with tissue biology, is key to future developments for in situ imaging. The recent use of non-linear optics approaches in tissue microscopy, made possible in large part by the availability of femtosecond pulse lasers, has allowed major advances on this front that would not have been possible with conventional linear microscopy techniques. Of these approaches, the one that has generated most advances to date is two-photon laser scanning fluorescence microscopy. While this approach does not really provide improved resolution over linear microscopy in non absorbing media, it allows us to exploit a window of low absorbance in live tissue in the near infrared range. The end result is much improved tissue penetration, minimizing unwanted excitation outside the focal area, which yields an effective improvement in resolution and sensitivity. The optical system is also simplified and, more importantly, phototoxicity is reduced. These advantages are at the source of the success of two-photon microscopy for functional cellular imaging in situ. Yet, we still face further challenges, reaching the limits of resolution that conventional optics can offer. Here we review some recent advances in optics/photonics approaches that hold promises to improve our ability to probe the tissue in finer areas, at faster speed, and deeper into the tissue. These include super-resolution techniques, introduction of non paraxial optics in microscopy and use of amplified femtosecond lasers, yielding enhanced spatial and temporal resolution as well as tissue penetration.

FR :

Depuis son introduction en 1990, la microscopie de fluorescence excitée à deux photons (Fluo-2P) s’est peu à peu imposée comme une méthode incontournable d’imagerie de tissus intacts à l’échelle sub-cellulaire. En effet, la caractéristique la plus remarquable de la microscopie multiphotonique est de maintenir une résolution tridimensionnelle micrométrique lors de l’observation en profondeur d’un milieu optiquement diffusant. Combinée aux technologies de protéines-fusion (type GFP), cette approche est aujourd’hui utilisée dans de nombreux domaines, notamment en neurophysiologie. Un autre attrait de ce type d’imagerie réside dans l’utilisation possible d’autres phénomènes optiques non linéaires (c’est-à-dire impliquant l’interaction simultanée de plusieurs photons avec une molécule observée) comme source de contraste. Ainsi, les microscopies par génération de second harmonique (GSH) et par génération de troisième harmonique (GTH) permettent également d’observer des milieux complexes et fournissent des informations complémentaires par rapport à l’imagerie de fluorescence. Certaines structures cellulaires ou tissulaires fournissent, en effet, ce type de réponse optique sans nécessiter de marquage exogène. La microscopie GSH permet, par exemple, de détecter le collagène fibrillaire et la microscopie GTH permet d’observer sans marquage le développement embryonnaire de petits organismes.

EN :

One principal advantage of multiphoton excitation microscopy is that it preserves its three-dimensional micrometer resolution when imaging inside light-scattering samples. For that reason two-photon-excited fluorescence microscopy has become an invaluable tool for cellular imaging in intact tissue, with applications in many fields of physiology. This success has driven increasing interest in other forms of nonlinear microscopy that can provide additional information on cells and tissues, such as second- (SHG) and third- (THG) harmonic generation microscopies. In recent years, significant progress has been made in understanding the contrast mechanisms of these recent methodologies, and high-resolution imaging based on intrinsic sources of signal has been demonstrated in cells and tissues. Harmonic generation exhibits structural rather than chemical specificity and can be obtained from a variety of non-fluorescent samples. SHG is observed specifically in dense, non-centrosymmetric arrangements of polarizable molecules, such as collagen fibrils, myofilaments, and polarized microtubule bundles. SHG imaging is therefore emerging as a novel approach for studying processes such as the physiopathological remodelling of the collagen matrix and myofibrillogenesis in intact tissue. THG does not require a non-centrosymmetric system ; however no signal can be obtained from a homogeneous medium. THG imaging therefore provides maps of sub-micrometer heterogeneities (interfaces, inclusions) in unstained samples, and can be used as a general purpose structural imaging tool. Recent studies showed that this technique can be used to image embryo development in small organisms and to characterize the accumulation of large lipid bodies in specialized cells. SHG and THG microscopy both rely on femtosecond laser technology and are easily combined with two-photon microscopy.

FR :

Les avancées récentes en physique des lasers ont permis de mettre en oeuvre une technique de microscopie permettant d’observer les liaisons chimiques des molécules présentes dans un échantillon biologique. Cette technique utilise l’effet Raman stimulé comme origine de contraste et permet de générer des images en trois dimensions à partir d’échantillons non marqués et ne nécessitant aucune préparation. Connue sous le nom de CARS (coherent anti-stokes raman scattering), cette nouvelle microscopie optique nécessite, pour l’instant, un appareillage complexe mais des avancées récentes laissent envisager sa commercialisation dans les années à venir. Quels types d’images peut-on obtenir en microscopie CARS ? Quelles sont les limites et les espoirs d’une telle approche en imagerie cellulaire et tissulaire ? A quoi ressemble et ressemblera un microscope CARS ? Même si les réponses à ces questions sont encore en pleine évolution, elles permettent de mieux cerner les enjeux d’une technique qui s’approche du but ultime de la microscopie : voir une molécule ou un assemblage moléculaire évoluer et interagir dans l’échantillon sans avoir recours à aucun marquage.

EN :

A new technique in microscopy is now available which permits to image specific molecular bonds of chemical species present in cells and tissues. The so called Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) approach aims at maximazing the light matter interaction between two laser pulses and an intrinsic molecular vibrationnal level. This is possible through a non linear process which gives rise to a coherent radiation that is greatly enhanced when the frequency difference between the two laser pulses equals the Raman frequency of the aimed molecular bond. Similar to confocal microscopy, the technique permits to build an image of a molecular density within the sample but doesn’t require any labelling or staining since the contrast uses the intrinsic vibrationnal levels present in the sample. Images of lipides in membranes and tissues have been reported together with their spectral analysis. In the case of very congested media, it is also possible to use a non invasive labelling such as deuterium which shifts the molecular vibration of the C-H bond down to the C-D bond range which falls in a silent region of the cell and tissue vibrational spectra. Such an approach has been used to study lipid phase in artificial membranes. Although the technique is still under development, CARS has now reach a maturity which will permit to bring the technology at a commercial stage in the near futur. The last remaining bottleneck is the laser system which needs to be simplified but solutions are now under evaluation. When combined with others more conventionnel techniques, CARS should give its full potential in imaging unstained samples and like two photons techniques has the potential of performing deep tissues imaging.

FR :

La tomographie par cohérence optique, plus communément appelée OCT (optical coherence tomography), est une technique d’imagerie non invasive des milieux biologiques à l’échelle du micromètre dont l’impact le plus remarquable concerne l’ophtalmologie. L’OCT « plein champ » est une approche originale de l’OCT, proposée et améliorée au fil des ans par notre équipe. Après avoir exposé le principe de l’OCT plein champ, nous détaillerons ses performances en soulignant les avantages et les inconvénients par rapport à l’OCT classique. Les potentialités de cette technique seront illustrées par quelques exemples d’applications dans les domaines de l’embryologie, la biologie du développement et l’ophtalmologie. Enfin, nous présenterons les développements en cours pour l’imagerie à très haute résolution in vivo, pour accroître la profondeur d’imagerie dans les milieux fortement diffusants, ou encore exploiter de nouvelles sources de contraste comme la biréfringence optique.

EN :

Optical coherence tomography (OCT) is an emerging technique for imaging of biological media with micrometer-scale resolution, whose most significant impact concerns ophthalmology. Since its introduction in the early 1990’s, OCT has known a lot of improvements and sophistications. Full-field OCT is our original approach of OCT, based on white-light interference microscopy. Tomographic images are obtained by combination of interferometric images recorded in parallel by a detector array such as a CCD camera. Whereas conventional OCT produces B-mode (axially-oriented) images like ultrasound imaging, full-field OCT acquires tomographic images in the en face (transverse) orientation. Full-field OCT is an alternative method to conventional OCT to provide ultrahigh resolution images (~ 1 µm), using a simple halogen lamp instead of a complex laser-based source. Various studies have been carried, demonstrating the performances of this technology for three-dimensional imaging of ex vivo specimens. Full-field OCT can be used for non-invasive histological studies without sample preparation. In vivo imaging is still difficult because of the object motions. A lot of efforts are currently devoted to overcome this limitation. Ultra-fast full-field OCT was recently demonstrated with unprecedented image acquisition speed, but the detection sensitivity has still to be improved. Other research directions include the increase of the imaging penetration depth in highly scattering biological tissues such as skin, and the exploitation of new contrasts such as optical birefringence to provide additional information on the tissue morphology and composition.

FR :

La régulation transcriptionnelle de l’expression de p16^INK4a constitue un pivot essentiel lors du vieillissement cellulaire et de la réponse à un stress, en particulier oncogénique. Cette régulation, complexe, implique des facteurs activateurs (protéines Ets1 et -2, protéine E47), dont la liaison sur le promoteur du gène INK4a peut être inhibée par les protéines Id-1 ou -4. L’inhibition transcriptionnelle de p16^INK4a repose également sur le répresseur transcriptionnel Bmi1, ainsi que sur une régulation épigénétique complexe, dont le mécanisme est seulement partiellement connu : le promoteur et l’exon 1 de INK4a présentent tous deux un îlot CpG, qui peut être méthylé après qu’une méthylation de l’histone H3 et une désacétylation de l’histone H4 soient intervenues, tous ces événements participant à l’extinction du gène. À l’inverse, le gène INK4a serait protégé de la méthylation de ses ilôts CpG par l’hélicase A de l’ARN, et le remodelage chromatinien faisant intervenir le complexe SWI/SNF, antagoniste de Bmi1, activerait l’expression de INK4a. L’analyse de la complexité des différents mécanismes de régulation de INK4a et une meilleure compréhension des modulations épigénétiques de son expression devraient permettre de développer l’utilisation rationnelle de nouvelles stratégies thérapeutiques anticancéreuses.

EN :

The transcriptional regulation of p16^INK4a is essential for cellular aging and oncogenic stress response. This regulation involves p16^INK4a transcriptional activators such as proteins Ets1 and 2 or E47. The binding of these proteins to INK4a promoter can be inhibited by proteins Id-1 or -4 after heterodimer formation. The transcriptional inhibition of p16^INK4a includes also the transcriptional repression by Bmi-1, and an epigenetic regulation which appears complex and remains incompletely understood. Actually, INK4a promoter and exon1 present a CpG island which can be methylated on cytosines by DNA methyltransferases. This DNA methylation is preceded by the lysine 9 histone H3 methylation and by the deacetylation of histone H4 both involved in gene silencing. Indeed, RNA Helicase A might protect INK4a against methylation of CpG island. Furthermore, chromatin remodelling involving SWI/SNF complex, antagonist to Bmi-1, might activate INK4a expression. The analysis of INK4a regulation mechanisms and the comprehension of the epigenetic modulation of its expression may allow us to develop a rational use of new anti-neoplastic agents.

FR :

Le contrôle de la quiescence lymphocytaire est un élément essentiel à l’homéostasie du système immunitaire. Cet état quiescent est activement maintenu par des facteurs transcriptionnels nucléaires, de la famille FoxO (Forkhead subgroup O) notamment. Cet équilibre est cependant rompu à la suite de la reconnaissance de l’antigène, ce qui déclenche la division cellulaire. Cet article fait le point des données récemment acquises sur les mécanismes moléculaires impliqués dans ce phénomène. Il décrit ainsi comment la synapse immunologique formée entre un lymphocyte T et une cellule présentant l’antigène constitue une plate-forme d’intégration au sein de laquelle il existe une production continue de 3’-phospho-inositides sous l’impulsion des phosphoinositides-3-kinases. En provoquant l’activation de la sérine-thréonine kinase Akt, ce processus stimule l’exclusion nucléaire des FoxO pour lever le frein permanent qu’ils exercent et permettre l’expansion clonale des cellules T en réponse à l’antigène.

EN :

T cell clonal expansion contributing to host defense against pathogens is a tightly controlled process to maintain the homeostasis of the immune system. Our understanding of how T cell growth and proliferation are controlled following antigenic stimulation is therefore a major challenge. Antigen recognition occurs when a naive T lymphocyte contacts an antigen-presenting cell. A specialized junction enriched in T-cell receptors, costimulation molecules and signaling adaptors, called the immunological synapse, is then created for several hours between the two cell types. Recent discoveries now clarify the molecular mechanisms used by this organization to control T cell growth and proliferation. It has been established that the immunological synapse functions in fact as an integrative platform where class Ia phosphoinositide-3-kinases (PI3Ks) are recruited and activated to continuously produce high levels of 3’-phosphoinositides. These lipids regulate the localization and the activation of a wide range of PH-domain containing proteins, among which the serine-threonine kinase Akt, a downstream effector of PI3Ks, appears to be a key player. FoxO (Forkhead subgroup O) family members control in various cell systems genes implicated in apoptosis, stress resistance and cell cycle arrest, thereby contributing to maintain quiescence in unstimulated cells. In naïve T cells contacting antigen-presenting cells a rapid but also very prolonged nuclear exclusion of these transcription factors is observed downstream of Akt. Mainly, this compartmentalization process is mandatory to induce T cell growth triggered by the T cell/antigen-presenting cell interaction. These findings demonstrate that to initiate cell cycle progression the formation of the immunological synapse is an undemanding tactic used by primary T cells to securely maintain the 3’-phosphoinositide-dependent mitotic switch governed by the spatial control of FoxO transcription factors.

FR :

Parallèlement à l’évolution du cadre réglementaire de la recherche clinique, l’Assistance Publique-Hôpitaux de Paris a conçu à partir de décembre 2000 une approche pragmatique du suivi des études à promotion institutionnelle. Après avoir défini le socle des pratiques indispensable à toute étude clinique pour éviter les risques, les fraudes et les défauts de qualité, une approche graduée du suivi des études institutionnelles a été conçue et mise en place, en fonction de leur risque prévisible. Le système utilisé actuellement devra être en permanence évalué et adapté aux évolutions de la réglementation d’une part et aux résultats obtenus, d’autre part.

EN :

The Délégation à la Recherche Clinique d’Ile-de-France et de l’Assistance Publique/Hôpitaux de Paris (AP-HP) has elaborated a pragmatic approach for the monitoring of institutionally sponsored clinical studies. The mandatory practices aiming at preventing enrolled volunteers from risks and results from fraud and poor quality have been reviewed and a four-stage graduate monitoring has been defined, which is applied since 2002. This system needs to be scientifically assessed and adapted to the permanent evolution of national and international regulations.

FR :

Pour la quasi-totalité des classes thérapeutiques antithrombotiques actuellement utilisées et à venir, le ciblage a été initialement la conséquence d’une observation et non pas le fruit d’une recherche méthodique scientifique. Une fois la preuve de l’efficacité démontrée, le but du développement pharmaceutique a été de découvrir des familles moléculaires qui améliorent l’efficacité et les relations cinétique/dynamique. Les rares cas de développement d’une stratégie contre une cible spécifique, identifiée à partir des connaissances des mécanismes fondamentaux de la thrombogenèse, n’ont pas été des succès. La nature paraît avoir déjà exploité toutes les cibles efficaces et il semble qu’il n’est possible que de la copier en essayant de l’améliorer par quelques détails pharmacocinétiques ou galéniques attractifs. Quoiqu’il en soit, le développement de nombreuses formes moléculaires dirigées contre plusieurs cibles a lieu et la mise à disposition de molécules spécifiques des différentes cibles devrait modifier notre prise en charge des états thrombotiques chez les patients : nous allons passer d’une ère où nous cherchions à utiliser au mieux les rares thérapeutiques dont nous disposions à une ère où nous aurons à déterminer, pour chaque situation thrombotique, la meilleure cible à inhiber et le meilleur degré d’inhibition à atteindre.

EN :

New antithrombotic agents are being developed not only to improve efficacy, but also to increase safety in comparison with widely used conventional agents such as the oral anticoagulants. New anticoagulant, antiplatelet, and profibrinolytic compounds are currently under study in drug development programs, and most of those in phase II or III of development are derived from the observation of natural phenomena and merely mimic processes developed by mammalians, including humans, to avoid thrombosis, or by blood-sucking insects or animals to prevent coagulation of the blood their are feeding on. By contrast, drug candidates identified by means of rigorous research and designed to target new pathways and achieve direct and specific inhibition of factors that are presumed to play an important role in thrombogenesis have generally failed to show any benefit and sometimes even induce deleterious effects. The clinical development of new drugs, even those mimicking natural phenomena, improves our knowledge of the pathogenesis of thrombosis and sheds light, retrospectively, on previous conceptual errors. The improvement in our basic knowledge and the development of new types of drugs suggest that, in contrast to the current antithrombotic compounds that are used in a broad range of clinical settings, use of new drugs should be restricted to specific situations in which their mechanisms of action are predicted to deliver the highest medical benefit. A major obstacle resides in the fact that current drug development programs are still required to comply with long obsolete guidelines based on the characteristics of first-generation antithrombotic agents, and that do not take into account the specific mechanisms of action of new drugs. This situation should change, however, and new antithrombotic drugs should soon be able to benefit from adapted development programs that will make it possible to determine their optimal risk-benefit ratio.