Thèse Année : 2024

Single particle reconstruction in fluorescence microscopy

Reconstruction à partir de particules isolées en microscopie par fluorescence

Résumé

Fluorescence microscopy, an optical microscopy technique that enables the acquisition of three-dimensional images, has seen major advances in recent decades thanks to the development of optical super-resolution methods and expansion microscopy. This microscopy technique is even beginning to emerge as a promising tool for structural biology, a discipline that studies the three-dimensional structure of macromolecular assemblies in order to understand their role in cellular mechanisms. However, this progress is hampered by two main limitations. Firstly, resolution anisotropy: resolution along the axis of the microscope is 3 to 5 times lower than resolution in the lateral plane. Secondly, the low degree of labelling (DL): the fluorophores used to label the proteins of interest, Dun macromolecular assembly, do not uniformly cover the structure observed. Resolution anisotropy and low DL are physical limitations intrinsic to the acquisition process. The aim of this thesis is to use digital tools to overcome these limitations by developing a method of reconstruction from isolated particles (RPI). The principle consists of combining several acquisitions of identical biological particles observed in different unknown orientations in order to reconstruct a particle model. Thanks to the fusion of complementary information in each view, we aim to reconstruct a model of the particle.
La microscopie par fluorescence, technique de microscopie optique permettant l’acquisition d’images tridimensionnelles, a connu des avancées majeures ces dernières décennies grâce au développement des méthodes de super-résolution optique et de la microscopie par expansion. Cette technique de microscopie commence même à émerger comme un outil prometteur pour la biologie structurale, discipline qui étudie la structure tridimensionnelle des assemblages macromoléculaires afin de comprendre leurs rôles dans les mécanismes cellulaires. Néanmoins, ces progrès sont freinés par deux limitations principales. D’une part, l’anisotropie de résolution : la résolution selon l’axe du microscope est de 3 à 5 fois inférieure à la résolution dans le plan latéral. D’autre part, le faible degré de labellisation (DL) : les fluorophores utilisés pour labelliser les protéines d’intérêts Dun assemblage macromoléculaire, ne couvrent pas uniformément la structure observée. L’anisotropie de résolution et le faible DL sont des limitations physiques intrinsèques au processus d’acquisition. L’objectif de la thèse est de les contourner à l’aide de l’outil numérique en développant une méthode de reconstruction à partir de particules isolées (RPI). Le principe consiste à combiner plusieurs acquisitions de particules biologiques identiques observées selon différentes orientations inconnues à n de reconstruire un modèle de particule. Grace à la fusion des informations complémentaires dans chaque vue, nous visons à reconstruire un volume avec une résolution isotrope et une densité de labellisation uniforme.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04920844 , version 1 (30-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04920844 , version 1

Citer

Thibaut Eloy. Reconstruction à partir de particules isolées en microscopie par fluorescence. Informatique. Université de Strasbourg, 2024. Français. ⟨NNT : 2024STRAD032⟩. ⟨tel-04920844⟩
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