Description du projet
Les nanosphères d’encapsuline, nouveaux rapporteurs de gènes en microscopie électronique
Les encapsulines sont de petites protéines bactériennes qui s’assemblent automatiquement en nanosphères au sein desquelles les réactions chimiques se déroulent sans effets toxiques sur les cellules. Des nanosphères présentant différents types de structures, diamètres et fonctionnalisations peuvent être créées dans les cellules vivantes par programmation génétique. L’encapsulation de protéines cargos se liant aux métaux à l’intérieur des nanosphères crée des rapporteurs de gènes pour la microscopie électronique (EM) avec un contraste robuste et précis dans l’espace pour des applications dans les cellules de mammifères. Le projet EMcapsulins, financé par l’UE, produira le premier ensemble de rapporteurs génétiques multiplexés pour l’EM afin d’étudier les schémas de circuits structurels du cerveau (les connectomes) en vue d’obtenir des informations cruciales sur le type de neurones et l’historique de leur activation. Ces rapporteurs encapsulés modulaires fourniront la technologie de transition entre les mesures de microscopie optique à résolution temporelle de la dynamique d’activation neuronale et les données de connectomique structurelle des EM.
Objectif
The biological engineering project EMcapsulins will create the first suite of multiplexed genetic reporters for electron microscopy (EM) to augment today’s merely structural brain circuit diagrams (connectomes) with crucial information on neuronal type and activation history.
My team will generate this new toolbox based on genetically encoded nanocompartments of the prokaryotic ‘encapsulin’ family that we have recently shown to enable genetically controlled compartmentalization of multicomponent processes in mammalian cells.
By encapsulating metal-organizing cargo proteins in the lumen of the semi-permeable encapsulin nanospheres, they serve as fully genetic EM gene reporters (EMcapsulins) that provide robust and spatially precise contrast by conventional EM in mammalian cells.
To enable geometric multiplexing in EM in analogy to multi-color light microscopy, we will explore the large geometrical feature space of EMcapsulins to establish three core Functionalities:
① different shell structures and diameters,
② modular and tunable shell functionalizations, and
③ multiplexed and triggered cargo loading.
We will combine these Functionalities to produce geometrically multiplexed EMcapsulin markers of neuronal identity in serial EM (Application ❶).
We will also engineer EMcapsulin reporters for activity-dependent gene expression, calcium signaling, and synaptic activity that can ‘write’ geometrically encoded records of neuronal activation history into EM connectomics data (Application ❷).
These ‘multi-color’ and modular EMcapsulin markers and reporters deliver the missing bridging technology between time-resolved light microscopy measurements of neuronal activation dynamics and structural EM connectomics data.
EMcapsulin technology will convert structural to functional EM connectomes to enable a systematic analysis of how brains write molecular signaling dynamics into structural patterns to store information for later retrieval.
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
ERC-COG - Consolidator GrantInstitution d’accueil
80333 Muenchen
Allemagne