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Nägerl, U. Valentin

Overview
Works: 14 works in 28 publications in 3 languages and 207 library holdings
Genres: Laboratory manuals 
Roles: Editor, Author, Other, htt, Thesis advisor, Opponent, Contributor
Publication Timeline
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Most widely held works by U. Valentin Nägerl
Nanoscale imaging of synapses : new concepts and opportunities by U. Valentin Nägerl( )

15 editions published between 2014 and 2016 in English and German and held by 185 WorldCat member libraries worldwide

Synapses underlie rapid and flexible neural communication in the brain and they hold the key to understanding higher brain functions in health and disease. Because they are very small and highly dynamic, it is very difficult to study them with traditional techniques. Fortunately, recent ground-breaking advances in microscopy have greatly improved our ability to image synapses at the nanoscale, even down to the level of single molecules. Authored by leading practitioners and developers in the field, this volume focuses on the nanoscale analysis of the molecular and structural organization and dynamics of synapses of the central nervous system, utilizing superresolution (e.g. PALM, STORM, STED) and other advanced methods (e.g. EM tomography, optogenetics, FLIM). It explains the basic principles behind the various nanoscale imaging modalities, how they are implemented and what their scope and limitations are, while also highlighting several exciting new research opportunities for synapse research enabled by them
Nanoscale imaging of synapses by U. Valentin Nägerl( Book )

1 edition published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Evidence for altered dendritic spine compartmentalization in Alzheimer's disease and functional effects in a mouse model by Alexandre Androuin( )

1 edition published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Altered morphological dynamics of activated microglia after induction of status epilepticus by Elena Avignone( )

1 edition published in 2015 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Spines slow down dendritic chloride diffusion and affect short-term ionic plasticity of GABAergic inhibition by Namrata Mohapatra( )

1 edition published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Nanoscale imaging of synapse morphology in the mouse neocortex in vivo by two-photon STED microscopy by Mirelle Jamilla Tamara Ter Veer( )

1 edition published in 2016 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

The brain is a complex organ consisting of neurons and non-neuronal cells. Communication between neurons takes place via synapses, whose morphological remodeling is thought to be crucial for information processing and storage in the mammalian brain. Recently, this neuro-centric view of synaptic function has evolved, also taking into account the glial processes in close vicinity of the synapse. However, as their structure is well below the spatial resolution of conventional light microscopy, progress in investigating them in a physiological environment, the intact brain, has been impeded. Indeed, little is known on the nanoscale morphological variations of dendritic spines, the interaction with glial processes, and how these affect synaptic transmission in vivo. Here, we aim to visualize the dynamic nano-morphology of dendritic spines in mouse somatosensory cortex in vivo. We implemented super-resolution 2P-STED time-lapse imaging, which allows for high spatial resolution and deep tissue penetration, in anesthetized mice, and show that the nano-morphology of spines is diverse, variable, but on average stable, and that differences in spine morphology can have an effect on spine biochemical compartmentalization in vivo. Moreover, implementation of dual color in vivo super-resolution imaging and a novel astrocytic labeling approach provided the first steps towards nanoscale characterization of neuron-glia interactions in vivo. These findings bring new insights in synapse dynamics at the nanoscale in vivo, and our methodological endeavors help pave the way for a better understanding of how nanoscale aspects of spine morphology and their dynamics might contribute to brain physiology and animal behavior
Caractérisation de l'organisation et du trafic de paires récepteur/anticorps thérapeutiques par microscopie de localisation de molécules uniques couplée au criblage à haut débit. by Marine Cabillic( )

1 edition published in 2021 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

L'immuno-oncologie est un domaine en pleine expansion, à la frontière de la thérapie du cancer. Les immunothérapies du cancer visent à stimuler le système immunitaire de l'organisme pour qu'il cible et attaque la tumeur, grâce à des anticorps thérapeutiques. Ces anticorps se lient spécifiquement aux récepteurs membranaires des cellules T, lymphocytes jouant un rôle central dans la réponse immunitaire, modifiant leur signalisation intracellulaire. Comprendre comment l'organisation spatiale des récepteurs et des protéines de signalisation est régulée, et comment elle détermine l'activation des lymphocytes, est devenu le "Saint Graal" de l'immunologie cellulaire. Dans cette optique, une meilleure compréhension des fonctions des anticorps et du trafic intracellulaire associé, permettrait d'expliciter les différences d'efficacité des candidats thérapeutiques ciblant les récepteurs d'intérêt. La microscopie de super-résolution permet l'accès à l'organisation et la dynamique des récepteurs membranaires avec des résolutions nanométrique. Elle offre la capacité de révéler des informations sur les évènements précoces déclenchés par la liaison d'un anticorps à son récepteur, permettant à terme l'optimisation de leur efficacité fonctionnelle. Associée aux techniques de criblage à haut débit, elle a le potentiel de jouer un rôle prépondérant dans les phases précoces des projets où il est nécessaire de sélectionner les meilleurs anticorps issus de banques pouvant en compter plusieurs centaines.L'objectif de cette thèse CIFRE a été de caractériser fonctionnellement l'organisation et le trafic de paires récepteur/anticorps par l'association de méthodes de microscopie super-résolution par localisation de molécules individuelles (SMLM) et de criblage à haut débit (HCS). Dans ce contexte, nous avons mis au point et utilisé une plateforme permettant de caractériser différents anticorps thérapeutiques ciblant des récepteurs de cellules T, dans le but de recueillir des informations quantitatives sur les candidats thérapeutiques potentiels. Nous avons également optimisé la technique d'imagerie à feuille de lumière simple objectif (soSPIM) dans le but de pouvoir réaliser une cartographie 3D des récepteurs membranaires sur d'une cellule T entière avec une résolution nanométrique. Cette nouvelle approche permet l'imagerie de cellules T dans des conditions plus physiologiques, fournissant des informations complémentaires par rapport aux expériences de criblage à grande échelle. Ces deux techniques nous ont permis d'améliorer notre compréhension du mode d'action des anticorps sur les récepteurs au niveau de la cellule unique. Les expériences à grande échelle réalisées dans le cadre de ce travail ont nécessité plusieurs développements logiciels pour l'automatisation de l'acquisition et l'analyse statistique des Téraoctets de données de molécules individuelles générées. Ce projet de thèse s'est concentré sur la cible PD-1, un point de contrôle crucial du système immunitaire impliqué dans la modulation de l'activation des lymphocytes. La première partie de la thèse a été principalement consacrée à la mise en place de nouveaux protocoles pour l'imagerie de super-résolution des récepteurs PD-1 sur cellules Jurkat activées. La seconde partie concerne l'étude de l'impact d'anticorps thérapeutiques anti-PD-1 utilisés en routine en clinique, sur l'organisation spatiale et la dynamique des récepteurs PD-1 sur cellules vivantes, à l'échelle nanométrique. Ce travail est la preuve concept de l'utilité de ces outils d'imagerie de pointe pour la caractérisation quantitative d'anticorps monoclonaux thérapeutiques ciblant PD-1 à la membrane des cellules T
Changements de l'unité neurovasculaire après un traumatisme crânien juvénile léger by Aleksandra Ichkova( )

1 edition published in 2019 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Traumatic brain injury (TBI) is the first cause for emergency department visits in the pediatric population. Regardless of the severity of TBI, pediatric patients suffer long-term cognitive and emotional impairments but the underlying cellular and molecular mechanisms are still poorly understood and there are no effective treatments available. The neurovascular unit is composed by blood vessels, neurons and astrocytes. Astrocytes are crucial for various physiological functions of this unit such as brain homeostasis and neurovascular coupling. In injuries astrocytes become “reactive”, and this “astrocytopathy” can impact their physiological roles and worsen the outcome after injury.We investigated astrocytopathy in juvenile TBI and hypothesized that: (1) reactive astrocytes contribute to spread of edema through connexin gap junctions after juvenile moderate TBI; and that (2) astrocytopathy also develops after juvenile mild TBI with calcium changes that could contribute to (3) impaired vascular reactivity, all of which impacts the behavioral outcome after injury.We have shown that:(1) Reducing astrocytopathy by downregulating the gap junction protein connexin 43 improved the behavioral outcome after juvenile moderate TBI, but did not impact the spread of edema.(2) Astrocytes became reactive and underwent morphological changes after juvenile mild TBI with disturbances in purinergic-calcium signaling related to expression changes of the water channel aquaporin 4 (AQP4).(3) Major vascular dysfunction developed after juvenile mild TBI with functional and morphological changes of the intraparenchymal vessels that paralleled behavioral impairments and preceded axonal damage after injury.This work brings new insights in the pathophysiology of juvenile TBI and opens prospects for developing therapeutics targeting astrocytopathy after injury
Echantillonnage compressif appliqué à la microscopie de fluorescence et à la microscopie de super résolution by Makhlad Chahid( )

1 edition published in 2014 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Mes travaux de thèse portent sur l'application de la théorie de l'échantillonnagecompressif (Compressed Sensing ou Compressive Sampling, CS) à la microscopie defluorescence, domaine en constante évolution et outil privilégié de la recherche fondamentaleen biologie. La récente théorie du CS a démontré que pour des signauxparticuliers, dits parcimonieux, il est possible de réduire la fréquence d'échantillonnagede l'information à une valeur bien plus faible que ne le prédit la théorie classiquede l'échantillonnage. La théorie du CS stipule qu'il est possible de reconstruireun signal, sans perte d'information, à partir de mesures aléatoires fortement incomplèteset/ou corrompues de ce signal à la seule condition que celui-ci présente unestructure parcimonieuse.Nous avons développé une approche expérimentale inédite de la théorie du CSà la microscopie de fluorescence, domaine où les signaux sont naturellement parcimonieux.La méthode est basée sur l'association d'une illumination dynamiquestructurée à champs large et d'une détection rapide à point unique. Cette modalitépermet d'inclure l'étape de compression pendant l'acquisition. En outre, nous avonsmontré que l'introduction de dimensions supplémentaires (2D+couleur) augmentela redondance du signal, qui peut être pleinement exploitée par le CS afin d'atteindredes taux de compression très importants.Dans la continuité de ces travaux, nous nous sommes intéressés à une autre applicationdu CS à la microscopie de super résolution, par localisation de moléculesindividuelles (PALM/STORM). Ces nouvelles techniques de microscopie de fluorescenceont permis de s'affranchir de la limite de diffraction pour atteindre des résolutionsnanométriques. Nous avons exploré la possibilité d'exploiter le CS pour réduiredrastiquement les temps d'acquisition et de traitement.Mots clefs : échantillonnage compressif, microscopie de fluorescence, parcimonie,microscopie de super résolution, redondance, traitement du signal, localisation demolécules uniques, bio-imagerie
Investigating morpho-functional plasticity of CA3 axons in living brain slices by a combination of STED microscopy and electrophysiology by Ronan Chereau( )

1 edition published in 2014 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Une précision à l'échelle de la milliseconde dans le transfert d'informations entre les neurones est essentielle pour la synchronisation et la plasticité des circuits neuronaux dans le cerveau. Les axones sont des prolongements neuronaux qui assurent la communication via des impulsions électriques ou des potentiels d'action (PA). A cause du manque de myéline et de leur diamètre très fin, les axones de l'hippocampe propagent les PA lentement et ainsi générer des délais de conduction très long (jusqu'à 100 ms) qui sont traditionnellement considérés comme invariants. Cependant, plusieurs études ont montré que l'activité change la morphologie des axones et module le temps de latence de la transmission. Il convient donc de se demander si le diamètre des axones varie en fonction de l'activité pouvant influencer lapropagation des PA.Les diamètres des axones non-myélinisés de l'hippocampe (compris entre 100-350 nm) sont généralement trop petits pour être résolu par la microscopie photonique conventionnelle. Le développement récent de l'imagerie super résolution STED permet désormais l'observation de la dynamique de leur morphologie détaillée dans le tissu vivant. En combinant la microscopie STED, l'électrophysiologie avec enregistrements en champs et patch-clamp dans des tranches de cerveau de souris et des simulations informatiques, nous avons découvert que les axones du CA3 subissent un élargissement de leur diamètre après l'induction de la potentialisation à long terme (PLT). Nous démontrons que cet élargissementde diamètre augmente la vitesse de conduction des PA. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que les axones peuvent réguler leur diamètre de manière dynamique changeant le délai de conduction des PA, ce qui modifie le timing du transfert d'information dans les circuits neuronaux. Cette étude suggère l'existence d'un nouveau type de mécanisme structurel dans le compartiment axonal jouant un rôle pour la plasticité neuronale
Microscopie par Localisation de Molécules Individuelles en Profondeur Utilisant la Technologie soSPIM et l'Optique Adaptative by Hisham Forrière( )

1 edition published in 2021 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Les avancées des connaissances scientifiques sont souvent corrélées au développement de nouvelles techniques instrumentales. La biologie ne déroge pas la règle. Le développement récent des techniques de microscopie à fluorescence de super-résolution, récompensé par le prix Nobel de chimie en 2014, a révolutionné la façon d'observer les échantillons biologiques en permettant de dépasser la limite de résolution dictée par la diffraction de la lumière (~200 nm) et considérée jusqu'alors comme insurmontable. Parmi ces techniques, la microscopie par localisation de molécules individuelles (SMLM) permet d'imager l'organisation de protéines à l'intérieur des cellules avec les meilleures résolutions spatiales (~ 10 nm) et donne la possibilité de suivre leur dynamique au cours du temps. Ces nouvelles capacités ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la machinerie cellulaire, essentielle pour mieux lutter contre ses dysfonctionnements, à l'origine de nombreuses maladies.La détection de molécules individuelles pour l'imagerie de super-résolution par SMLM est particulièrement difficile. Elle nécessite à la fois un sectionnement optique important et une grande efficacité dans la collecte du signal de fluorescence. En conséquence, elle est réalisée à l'aide de systèmes de microscopie spécialisés et dont la profondeur de pénétration dans les échantillons est extrêmement réduite. Le système de microscopie à feuille de lumière mono-objectif développé au sein de notre équipe, nommé soSPIM, permet de dépasser cette limitation. En combinant un sectionnement optique en profondeur avec l'utilisation d'un objectif à forte ouverture numérique, il permet la détection de molécules individuelles plusieurs dizaines de micromètres au-dessus d'une lamelle.L'imagerie de volumes entiers, tels que des cellules complètes, à ces profondeurs pose cependant d'autres défis. En excitation, la diffraction de la lumière impose un compromis important entre la finesse du sectionnement qu'il est possible de réaliser et le champ de vue. Pour tenter de dépasser cela, j'ai cherché à implémenter au système soSPIM une illumination par feuille de lumière non diffractive. En détection, les performances de l'imagerie par SMLM dépendent directement de la qualité optique du système. Or des défauts appelés aberrations optiques apparaissent systématiquement avec la profondeur d'imagerie. Pour corriger ces aberrations, j'ai implémenté un système d'optique adaptative au microscope soSPIM afin de permettre une localisation précise et en 3D de molécules individuelles en profondeur. Enfin, au-delà des défis optiques, les procédures d'acquisition et de reconstruction présentent elles-mêmes de nombreuses difficultés. J'ai donc mis en place plusieurs outils permettant de corriger les dérives spatiales, d'automatiser les acquisitions et de reconstruire les volumes imagés (~20x20x20 µm3) avec des résolutions nanométriques. Ces développements ont permis l'imagerie de cellules entières à 30 µm de profondeur avec des résolutions de 5 nm radialement (x,y) et 25 nm axialement (z). Ils forment ainsi une preuve de concept solide de la capacité du système soSPIM à l'imagerie par SMLM en profondeur. Ils ouvrent la voie à l'observation de nouvelles structures biologiques à des résolutions nanométriques jusqu'à présent inaccessibles
Super-resolution STED and two-photon microscopy of dendritic spine and microglial dynamics by Thomas Pfeiffer( )

1 edition published in 2017 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Activity-dependent changes in neuronal connectivity are thought to underlie learning and memory. I developed and applied novel high-resolution imaging-based approaches to study (i) microglia-spine interactions and (ii) the turnover of dendritic spines in the mouse hippocampus, which are both thought to contribute to the remodeling of synaptic circuits underlying memory formation. (i) Microglia have been implicated in a variety of novel tasks beyond their classic immune defensive roles. I examined the effect of synaptic plasticity on microglial morphological dynamics and interactions with spines, using a combination of electrophysiology and two-photon microscopy in acute brain slices. I demonstrated that microglia intensify their physical interactions with spines after the induction of hippocampal synaptic plasticity. To study these interactions and their functional impact in greater detail, I optimized and applied time-lapse STED imaging in acute brain slices. (ii) Spine structural plasticity is thought to underpin memory formation. Yet, we know very little about it in the hippocampus in vivo, which is the archetypical memory center of the mammalian brain. I established chronic in vivo STED imaging of hippocampal spines in the living mouse using a modified cranial window technique. The super-resolution approach revealed a spine density that was two times higher than reported in the two-photon literature, and a spine turnover of 40% over 5 days, indicating a high level of structural remodeling of hippocampal synaptic circuits. The developed super-resolution imaging approaches enable the examination of microglia-synapse interactions and dendritic spines with unprecedented resolution in the living brain (tissue)
Méthodes de reconstruction et de quantification pour la microscopie de super-résolution par localisation de molécules individuelles by Mohamed Adel Kechkar( )

1 edition published in 2013 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

Le domaine de la microscopie de fluorescence a connu une réelle révolution ces dernières années, permettant d'atteindre des résolutions nanométriques, bien en dessous de la limite de diffraction prédite par Abbe il y a plus d'un siècle. Les techniques basées sur la localisation de molécules individuelles telles que le PALM (Photo-Activation Light Microscopy) ou le (d)STORM (direct Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) permettent la reconstruction d'images d'échantillons biologiques en 2 et 3 dimensions, avec des résolutions quasi-moléculaires. Néanmoins, même si ces techniques nécessitent une instrumentation relativement simple, elles requièrent des traitements informatiques conséquents, limitant leur utilisation en routine. En effet, plusieurs dizaines de milliers d'images brutes contenant plus d'un million de molécules doivent être acquises et analysées pour reconstruire une seule image. La plupart des outils disponibles nécessitent une analyse post-acquisition, alourdissant considérablement le processus d'acquisition. Par ailleurs la quantification de l'organisation, de la dynamique mais aussi de la stœchiométrie des complexes moléculaires à des échelles nanométriques peut constituer une clé déterminante pour élucider l'origine de certaines maladies. Ces nouvelles techniques offrent de telles capacités, mais les méthodes d'analyse pour y parvenir restent à développer. Afin d'accompagner cette nouvelle vague de microscopie de localisation et de la rendre utilisable en routine par des expérimentateurs non experts, il est primordial de développer des méthodes de localisation et d'analyse efficaces, simples d'emploi et quantitatives. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons développé dans un premier temps une nouvelle technique de localisation et reconstruction en temps réel basée sur la décomposition en ondelettes et l'utilisation des cartes GPU pour la microscopie de super-résolution en 2 et 3 dimensions. Dans un second temps, nous avons mis au point une méthode quantitative basée sur la visualisation et la photophysique des fluorophores organiques pour la mesure de la stœchiométrie des récepteurs AMPA dans les synapses à l'échelle nanométrique
 
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Nanoscale imaging of synapses : new concepts and opportunities
Covers
Nanoscale imaging of synapses
Alternative Names
Nägerl, U. V.

Nägerl, U. Valentin

Nägerl, Valentin

Valentin Nägerl researcher

Valentin Nägerl wetenschapper

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