Décryptage d'une protéine fluorescente photo-commutable

Publié par Isabelle le 22/02/2020 à 14:00
Source: CEA
Des chercheurs de l'Irig ont caractérisé la structure d'une protéine fluorescente entre ses positions "on" et "off". Avec des applications en imagerie du vivant.

Les protéines fluorescentes photo-commutables sont utilisées comme marqueurs en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire...) pour imager les cellules à une résolution allant jusqu'à quelques dizaines de nanomètres. A dessein, lesdites protéines sont successivement éteintes puis allumées par illumination alternée à deux longueurs d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) spécifiques de la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.). Les commutations entre l'état non-fluorescent (off) et l'état fluorescent (on) sont très rapides et impliquent des passages dans des états excités qui se forment en quelques picosecondes (i.e. des millièmes de milliardièmes de seconde) qui ont été caractérisés structurellement récemment.


Structure d'un état intermédiaire d'une protéine fluorescente photo-commutable. La protéine fluorescente (verte) est excitée par un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) visible (rayon violet) et impactée par une impulsion de rayons X (rayon jaune) produite par un laser X à électrons libres. Dix nanosecondes après excitation de l'état de départ (off, gris), le coeur de la protéine adopte une structure intermédiaire (bleu), qui diffère de celle de l'état final (on, jaune). © CEA

Les changements conformationnels sur des échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) plus lentes, cependant, restaient longtemps insaisissables, laissant ouverte la question du mécanisme photo-réactionnel dans les protéines fluorescentes réversiblement photo-commutables. Grace à une combinaison (Une combinaison peut être :) de cristallographie sérielle résolue en temps sur le laser X à électrons libres (XFEL) SACLA, au Japon, et de spectroscopie d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie...) transitoire, des chercheurs de l'Irig (IBS), de l'ILL et des Universités de Lille et de Rennes, en collaboration avec les Instituts Max-Planck de Heidelberg (Heidelberg est une ville d'Allemagne située dans la vallée du Neckar, au nord-ouest du Land de Bade-Wurtemberg. Le nom de "Heidelberg" provient peut-être de Heidelbeere qui veut dire myrtille en allemand (Heidelbeera en...) et de Göttingen, ont pu clarifier ce mécanisme, apportant pour la première fois une vision structurale d'un état intermédiaire clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible permettant d'actionner un mécanisme.) (i.e. de celui adopté 10 nanosecondes après photo-excitation de l'état off).

Ce travail tranche un débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou opinions divergentes pour le sujet considéré....) long de 10 ans sur l'ordre des évènements réactionnels lors de la photocommutation de l'état off vers l'état on au sein des protéines fluorescentes réversiblement photo-commutables et devrait contribuer à leur optimisation rationnelle pour des applications diverses et toujours augmentées en imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait...) du vivant.

Références:
Photoswitching mechanism of a fluorescent protein revealed by time-resolved serial femtosecond crystallography and transient absorption spectroscopy | Nature communications
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