Les chercheurs ont développé des protéines fluorescentes qui peuvent être contrôlées par la lumière orange et verte. Ces protéines aideront à étudier les processus dans les cellules vivantes. Les résultats ont été publiés dans Méthodes naturelles .

Les protéines fluorescentes émettent une lumière visible intense avec des longueurs d'onde allant de 390 à 700 nm. Les fonctions naturelles de ces protéines sont diverses; par exemple, certaines espèces de méduses utilisent des taches vertes fluorescentes pour attirer les petits organismes qui leur servent de nourriture. Les propriétés optiques de certaines protéines fluorescentes peuvent être contrôlées par la lumière. Par exemple, ces protéines peuvent être activées et désactivées, et sont donc appelés commutables. Les protéines fluorescentes commutables sont largement utilisées dans un nouveau groupe de méthodes appelées microscopie à fluorescence à super-résolution (nanoscopie), qui permet l'imagerie de structures intracellulaires extrêmement détaillées. Actuellement, les scientifiques utilisent généralement une irradiation bleue ou violette pour une telle microscopie, ce qui est très toxique pour les cellules car il perturbe leur physiologie normale et peut même entraîner la mort.

"Nous avons été les premiers à créer des protéines fluorescentes photocommutables avec des propriétés optiques qui peuvent être contrôlées à l'aide de lumière verte et orange plutôt que de rayonnement bleu-violet. L'avantage de ceci est un dommage minimal pour les cellules. Nous avons utilisé de nouvelles protéines pour observer les changements du cytosquelette dans les cellules vivantes heures supplémentaires, " a expliqué Aleksandr Mishin, Doctorat, chercheur principal de l'Institut de chimie bioorganique Shemyakin-Ovchinnikov de l'Académie des sciences de Russie, qui a dirigé le projet RSF.

Afin de créer de telles protéines fluorescentes, les scientifiques les ont modifiés par mutagenèse dirigée et aléatoire via une réaction en chaîne par polymérase. Ensuite, les scientifiques ont cloné des protéines et sélectionné les plus performantes à l'aide d'un microscope. Les auteurs ont analysé les résultats d'expériences menées par d'autres biologistes et déterminé comment le microenvironnement du chromophore (le résidu d'acide aminé aromatique responsable de l'absorption de la lumière dans la protéine) doit être modifié pour le rendre capable de photocommutation.

Cependant, le résultat attendu a des effets secondaires, y compris la luminosité réduite de la protéine. Les chercheurs ont utilisé la mutagenèse aléatoire pour trouver des mutations supplémentaires, qui compense les effets secondaires de la méthode tout en préservant la mutation cible.

Les protéines sont appelées protéines rapporteurs, car ils agissent comme des "espions" dans les cellules. Ils sont attachés à d'autres protéines qui peuvent ensuite être tracées dans une cellule vivante. Les informations détaillées ainsi obtenues peuvent être utilisées en science fondamentale ou en recherche biomédicale. Par exemple, les cellules tumorales chez les patients cancéreux présentent des perturbations dramatiques de la mobilité cellulaire et des changements structurels dynamiques dans le cytosquelette, une carcasse dans le cytoplasme d'une cellule vivante. Pendant ce temps, l'investigation de ces processus dans les cellules vivantes par nanoscopie est difficile en raison de l'irradiation trop intense des échantillons, rendant nécessaire l'utilisation de méthodes moins toxiques pour l'organisme.

Les auteurs ont utilisé leur développement pour réaliser la microscopie à super-résolution RESOLFT. Les protéines ont une caractéristique importante :leur photocommutation est très efficace, ce qui signifie que la fluorescence peut être activée et désactivée en quelques millisecondes. Cela ne convient pas à toutes les méthodes de microscopie. Dans certains cas, la vitesse élevée ne sera qu'une nuisance. Dans RESOLFT, le cycle marche-arrêt est répété plusieurs fois pour les points adjacents qui sont balayés avec des faisceaux laser. Meilleur est le temps de commutation d'une étiquette fluorescente, plus l'image complète peut être obtenue rapidement, car la photocommutation à chaque point nécessite moins de temps.

"Les protéines fluorescentes que nous avons créées permettront une microscopie à super-résolution sans endommager la cellule vivante, ce qui ouvre des opportunités pour étudier les processus dynamiques au sein de la cellule, " a conclu Alexandre Mishin.