Neurons are polarized cells that encode information in the nervous system viaelectrochemical connections named synapses. The tuning of synapticconnections is enabled by a plastic protein trafficking system which operates atthe nanoscale to finely tweak the neuronal ultrastructure. Our understanding ofthe neuronal biology has certainly benefited from the advent of live-cellcompatible fluorescence techniques able to reach the molecular level. However,the neuronal trafficking system involves molecular complexes, from organelles tosynaptic modulators, which act with varying dynamics at differentspatiotemporal scales. A single technique struggles to portrait these complexphenomena since it is hard to combine molecular resolution, speed, and lowphototoxicity. Hence, their investigation often demands, together with technicaladvancements, the combination of advanced fluorescence methods withcomplementary features. In this thesis, I explore the neuronal protein traffickingsystem at the molecular scale applying cutting-edge fluorescence microscopy andspectroscopy techniques.The relationship between the geometry and dynamics of the tubular endoplasmicnetwork and the sub-compartment size of neurons is investigated using acombination of STED and parallelized RESOLFT microscopy. In addition, thethree-dimensional dynamic interaction between tubular endoplasmic reticulumand mitochondria is described.The basal activity-driven recycling of synaptic vesicles is, for the first time,monitored via event-triggered STED, an automated method able to initiate STEDimaging upon detection of events such as calcium spikes.Insights into the post-synaptic reorganization of scaffolding and skeletal proteinsupon stimulation is gained by extending the live-cell super-resolution throughputto all the dimensions with multi-foci and 3D parallelized RESOLFT.Lastly, the molecular states of Activity-Regulated Cytoskeleton-Associatedprotein (Arc) involved in distinct aspects of neuronal protein trafficking arestudied. Our observations, obtained combining distinct advanced methods asDNA-PAINT and STARSS, support a previously unexplored Arc mechanism ofaction.

Neuroner är polariserade celler som kodar information i nervsystemet viaelektrokemiska kopplingar genom synapser. Inställningen av synaptiskaanslutningar möjliggörs av ett plastproteinhandelssystem som fungerar pånanoskala för att finjustera den neuronala ultrastrukturen. Vår förståelse av denneuronala biologin gynnades verkligen av tillkomsten av levande cell-kompatiblafluorescenstekniker som kan nå den molekylära nivån. Emellertid involverar detneuronala människohandelssystemet molekylära komplex, från organeller tillsynaptiska modulatorer, som verkar med distinkt dynamik på varierandespatiotemporala skalor. En enda teknik kämpar för att porträttera dessakomplexa fenomen eftersom det är svårt att kombinera molekylär upplösning,hastighet och mildhet. Därför kräver deras undersökning ofta, tillsammans medtekniska framsteg, kombinationen av fluorescensmetoder med komplementäraegenskaper. I avhandlingen utforskar jag det neuronala proteinhandelssystemeti molekylär skala med användning av distinkta banbrytandefluorescensmikroskopi och spektroskopitekniker. Den neuronala tubuläraendoplasmatiska nätverksgeometrin och dynamiken var relaterad tillunderavdelningens storlek genom att kombinera STED och parallelliseradRESOLFT-mikroskopi. Dessutom beskrevs den tredimensionella dynamiskainteraktionen mellan tubulärt endoplasmatiskt retikulum och mitokondrier.Den basalaktivitetsdrivna återvinningen av synaptiska vesiklar övervakades förförsta gången via händelseutlöst STED, en automatiserad metod som kan initieraSTED-avbildning vid upptäckt av händelser som kalciumspikar.Insikter i den postsynaptiska omorganiseringen av byggnadsställningar ochskelettproteiner vid stimulering erhölls och utökade genomströmningen avlevande cellers superupplösning till alla dimensioner med multifoci och 3DparallelliseradRESOLFT.Slutligen studerades de molekylära tillstånden av Activity-RegulatedCytoskeleton-Associated Protein (Arc), involverat i distinkta aspekter avneuronal proteinhandel. Våra observationer, erhållna genom att kombineradistinkta avancerade metoder som DNA-PAINT och STARSS, stödjer enbågpotential verkningsmekanism som tidigare outforskad.