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Doctorant.e - Caractérisation de sondes nanométriques pour la cryo tomographie électronique H/F

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Informations générales

Référence : UMR7104-GUEBUR-007
Lieu de travail : ILLKIRCH GRAFFENSTADEN
Date de publication : vendredi 26 juin 2020
Nom du responsable scientifique : Patrick SCHULTZ
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Caractérisation de sondes nanométriques pour la cryo tomographie électronique.

Des propriétés biologiques importantes telles que la compartimentation cellulaire sans membrane, la séparation de phases, la formation de condensats, les interactions faibles ou transitoires ne se produisent que dans l'environnement dense de la cellule et ne peuvent être reproduite in vitro. Un défi actuel consiste à identifier dans le noyau cellulaire, les usines moléculaires dans lesquels l'information génétique codée par l'ADN est transcrit en ARN, à déterminer leur organisation spatiale et leur environnement moléculaire.
Des approches de cryo microscopie électronique ont été développées pour visualiser de tels assemblages moléculaires dans leur environnement cellulaire [1]. La reconstruction tridimensionnelle (3-D) de la cellule est réalisée par cryo-tomographie électronique (cryo-ET) à partir de fines tranches cellulaires produites en sectionnant les échantillons [2] ou en utilisant d'un faisceau d'ions focalisé (FIB) pour usiner de fines lamelles [3]. La reconstruction 3-D de ces échantillons par cryo-ET ont révélé l'organisation de grands assemblages moléculaires, tels que les mitochondries, les ribosomes, les pores nucléaires ou le cytosquelette avec des détails moléculaires [1].
Les complexes moléculaires de faible abondance cellulaire ou trop petits pour être reconnus par leur forme doivent être identifiés grâce à une sonde dense aux électrons détectable en microscopie électronique. Nous avons synthétisé des sondes à base d'or qui peuvent être délivrées dans les cellules vivantes. Ces nanoparticules d'or sont couplées à des dérivés d'anticorps pour marquer sélectivement les protéines cibles.
L'objectif de cette thèse est de révéler les particules d'or dans des sections cellulaires et dans les tomogrammes pour détecter des complexes protéiques rares tels que les molécules d'ARN polymérase II, pour déterminer leur distribution spatiale et pour identifier leurs partenaires d'interaction cellulaire.
Un·e étudiant·e de troisième cycle ayant une formation en physique ou en biologie cellulaire bénéficierait d'une formation interdisciplinaire en préparation d'échantillons biologiques, en imagerie FIB/SEM et en interprétation des données. La première partie de la thèse sera consacrée à l'étude de l'état de l'art des approches de marquage in situ, et à la familiarisation avec l'instrumentation. Une deuxième partie de la thèse sera consacrée à la caractérisation des marqueurs à densité d'électrons nouvellement synthétisés et de leur comportement dans un environnement cellulaire. Dans une troisième partie, l'étudiant·e utilisera les nanoparticules denses en électrons conjuguées à des sondes reconnaissant l'ARN polymérase II. Il/elle fera l'expérience de la collecte de données sur un microscope cryo-électronique Titan à la fois en mode d'imagerie standard et en mode de tomographie cryo-électronique.

1 Mahamid, J. et al. Visualizing the molecular sociology at the HeLa cell nuclear periphery. Science 351, 969-972 (2016).
2 Al-Amoudi, A., Studer, D. & Dubochet, J. Cutting artefacts and cutting process in vitreous sections for cryo-EM. J Struct Biol 150, 109-121 (2005).
3 Marko, M. et al. Focused-ion-beam thinning of frozen-hydrated biological specimens for cryo-electron microscopy. Nat Methods 4, 215-217 (2007).

Contexte de travail

Le projet de recherche se déroulera sous l'égide du CNRS, le plus grand institut de recherche en Europe, et plus particulièrement dans le cadre du programme interdisciplinaire 80prime du CNRS. Ce programme vise à développer une recherche scientifique novatrice à l'interface entre différents champs scientifiques en physique, chimie et sciences biologiques. Le/a candidat-e sera préférentiellement affilié-e à l'école doctorale des sciences de la vie et de la santé de l'université de Strasbourg (ED 414) mais selon sa formation initiale, l'étudiant-e pourrait également émarger à l'ED222 (Sciences Chimiques) ou à l'ED182 (Physique et Chimie-Physique).
L'étudiant·e mènera ses recherches sur le campus d'Illkirch dans le groupe de biologie structurale de l'IGBMC (UMR7104- http://www.igbmc.fr/) dirigé par Patrick Schultz. L'institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC) est aujourd'hui un des principaux centres de recherche en Europe dans ce domaine. En France, c'est la plus grosse unité de recherche qui associe l'Inserm, le CNRS et l'Université de Strasbourg. L'objectif de l'institut est de développer la recherche transdisciplinaire à l'interface de la biologie, la biochimie, la physique et la médecine, mais également d'attirer les étudiant-e-s du monde entier par une offre de formation de très haut niveau dans le domaine des sciences biomédicales. Le campus de l'IGBMC est situé sur le Parc d'innovation d'Illkirch dans la banlieue strasbourgeoise, un environnement scientifique académique et industriel exceptionnel qui favorise largement les collaborations et le transfert technologique.
Dans le cadre interdisciplinaire du projet, l'étudiant·e collaborera activement avec le groupe de chimie-biologie de l'ESBS dirigé par Guy Zuber (UMR7242, https://esbs.unistra.fr/recherche/) et le groupe d'imagerie à haute résolution de l'IPCMS dirigé par Ovidiu Ersen (UMR 7504, http://www.ipcms.unistra.fr/). Il·elle bénéficiera d'un environnement scientifique exceptionnel adossé notamment à l'infrastructure nationale de biologie structurale Frisbi qui déploie une instrumentation de pointe pour la communauté nationale et internationale. En ce qui concerne particulièrement ce projet le·la candidat·e aura accès à deux cryo microscope électronique à transmission, dont un titan krios, un microscope électronique à transmission de contrôle et un microscope électronique à balayage couplé à un faisceau d'ion focalisé (FIB/SEM).

Contraintes et risques

Il n'y a pas de contraintes particulières ni de risques spécifiques liées à la réalisation de ce projet de recherche. Les instituts de recherche participant au projet sont localisés dans l'agglomération strasbourgeoise et les déplacements entre les différents sites sont de courte distance.

Informations complémentaires

Maîtriser l'anglais scientifique et technique du domaine à l'écrit et à l'oral.
Etre en mesure de communiquer, transmettre ses connaissances et exposer ses résultats.
Etre capable de travailler en équipe et avoir un esprit de synthèse.

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