Hfq is a bacterial RNA binding protein that carries out several roles in genetic expression regulation, mainly at the post-transcriptional level. Previous studies have shown its importance in growth and virulence of bacteria. Here, we provide the direct observation of its ability to interact with membranes. This was established by co-sedimentation assay, cryo-transmission electron (cryo-TEM) and atomic force (AFM) microscopies. Furthermore, our results suggest a role for its C-terminus amyloidogenic domain in membrane disruption. Precisely, AFM images of lipid bilayers in contact with Hfq C-terminus fibrils show the emergence of holes with a size dependent on the time of interaction. Cryo-TEM observations also show that liposomes are in contact with clusters of fibrils, with occasional deformation of the vesicles and afterward the apparition of a multitude of tiny vesicles in the proximity of the fibrils, suggesting peptide-induced breakage of the liposomes. Finally, circular dichroism spectroscopy demonstrated a change in the secondary structure of Hfq C-terminus upon interaction with liposomes. Altogether, these results show an unexpected property of Hfq and suggest a possible new role for the protein, exporting sRNA outside of the bacterial cell.

High-quality in-depth imaging of three-dimensional samples remains a major challenge in modern microscopy. Selective plane illumination microscopy (SPIM) is a widely used technique that enables imaging of living tissues with subcellular resolution. However, scattering, absorption, and optical aberrations limit the depth at which useful imaging can be done. Adaptive optics (AOs) is a method capable of measuring and correcting aberrations in different kinds of fluorescence microscopes, thereby improving the performance of the optical system. We have incorporated a wavefront sensor adaptive optics scheme to SPIM (_WAOSPIM) to correct aberrations induced by optically-thick samples, such as multi-cellular tumor spheroids (MCTS). Two-photon fluorescence provides us with a tool to produce a weak non-linear guide star (NGS) in any region of the field of view. The faintness of NGS; however, led us to develop a high-sensitivity Shack–Hartmann wavefront sensor (SHWS). This paper describes this newly developed SHWS and shows the correction capabilities of _WAOSPIM using NGS in thick, inhomogeneous samples like MCTS. We report improvements of up to 79% for spatial frequencies corresponding to cellular and subcellular size features.

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OPTO-MECA-SPIM : imagerie dynamique et interactive de phénomènes mécanobiologiques dans les tissus: Les modèles en 3D occupent une place de plus en plus importante en biologie cellulaire car ils offrent de nombreux avantages pour la compréhension des processus physiopathologiques. La microscopie à feuille de lumière et plus particulièrement, le Selective Plane Illumination Microscope (SPIM), un de ses variants, représente un outil de choix pour observer et imager avec une haute résolution spatio-temporelle ces structures assimilées à des tissus (TM). Bien que le SPIM est un outil puissant, il souffre de phénomènes tels que la diffusion, l'absorption et les aberrations optiques qui limitent la profondeur à laquelle une imagerie utile peut être réalisée. L'optique adaptative (AO), de plus en plus utilisée dans le domaine de la microscopie, est une technique capable d'améliorer la qualité d'imagerie en profondeur en corrigeant les aberrations optiques introduites par l'échantillon. Pour ce travail de thèse, j'ai implémenté dans un SPIM un système d'AO capable de corriger les aberrations dans les TMs optiquement épais tels que les sphéroïdes tumoraux multicellulaires (MCTS). Un capteur de front d'onde de type Shack-Hartmann (SHWFS) à haute sensibilité a été développé à façon afin de permettre la reconstruction du front d'onde à partir de la faible quantité de lumière produite par l'étoile guide non linéaire utilisé dans notre système. Au cours de ce travail, j'ai tout d'abord caractérisé les performances de ce SHWFS et évalué la capacité du système à corriger les aberrations dans diverses conditions, y compris à l'intérieur de TMs. J'ai observé des améliorations sans précédent de la qualité d'image en profondeur des MCTS, en termes de détails et de résolution haute-fréquence. Grâce à ces corrections, j'ai pu mettre en évidence des évènements biologiques tels que des mitoses non visibles sans corrections. Les " up converting " nanoparticules (UCNP) sont des particules de terres rares capables d'émettre une lumière d'une longueur d'onde plus courte que celle de l'éclairage lorsqu'elles sont illuminées. Les étoiles guides en UCNP sont particulièrement intéressantes en raison de la possibilité qu'elles soient excitées dans l'infrarouge proche tout en émettant de la lumière visible, ce qui réduit le photodommage produit par l'éclairage. La possibilité d'utiliser des UCNP comme étoiles guides dans des échantillons biologiques a été explorée dans cette thèse.