Une technique d'imagerie à molécule unique, appelée amélioration de la fluorescence induite par les protéines (PIFE), a gagné du terrain ces dernières années en tant qu'outil populaire pour observer les interactions ADN-protéine avec une précision nanométrique. Encore, selon une nouvelle étude KAUST, les laboratoires de recherche n'utilisent pas pleinement la technique.

Le test PIFE repose sur l'idée que l'ADN marqué avec un colorant fluorescent brillera plus fort lorsque les protéines sont liées à proximité. Dans de nombreux cas, c'est vrai, ce qui a conduit de nombreux scientifiques à adopter PIFE par rapport à d'autres techniques à plus forte intensité de main-d'œuvre qui reposent sur le double marquage des protéines et de l'ADN.

Mais les étudiants diplômés de Samir Hamdan, Fahad Rashid, Manal Zaher et Vlad-Stefan Raducanu ont réalisé que la liaison des protéines aux complexes ADN-colorant pouvait parfois aussi avoir l'effet inverse. Au lieu d'améliorer le signal fluorescent, les interactions protéiques peuvent parfois atténuer la lueur, en fonction de certaines propriétés du système.

Hamdan attribue la curiosité de ses étudiants pour avoir fait cette observation et détaillé son fonctionnement. L'inspiration des travaux antérieurs de Rashid a conduit l'équipe au phénomène qu'ils appellent l'extinction de fluorescence induite par les protéines (PIFQ). Et comme l'explique Rashid, "Nous avons entrepris de mieux définir les conditions qui conduisent à des booms ou des bustes fluorescents."

Grâce à une combinaison d'analyses expérimentales et informatiques, l'équipe KAUST a montré que l'état de fluorescence initial du complexe ADN-colorant détermine si PIFE ou PIFQ se produira après la liaison aux protéines. Sans cette connaissance, la probabilité de l'un ou l'autre événement devient équivalente à un tirage au sort, ce qui peut compromettre l'interprétation mécaniste des résultats de laboratoire.

« Quand un aperçu de cet état initial est glané à partir de la fluorescence et du travail structurel, l'anticipation de l'un ou l'autre effet devient expérimentalement réalisable, ", explique Raducanu.

Des facteurs tels que la séquence d'ADN et la position du colorant pourraient faire pencher la balance vers PIFE ou PIFQ; l'équipe KAUST est devenue si douée pour interpréter le code moléculaire qu'elle a pu prédire avec précision ce qui se produirait simplement en mesurant comment ces paramètres influencent l'état de fluorescence initial du système ADN-colorant.

"Nous avons transformé chaque mesure en un jeu, " Zaher dit, « et nous sommes heureux de dire que notre hypothèse a prédit le résultat plus de 90 % du temps ! »

Ces nouvelles connaissances devraient considérablement étendre la portée et les promesses expérimentales de ce puissant outil d'imagerie à molécule unique, prédit Raducanu. « En introduisant PIFQ, nous offrons aux chercheurs du domaine la possibilité d'aborder plusieurs questions biologiques où PIFE n'aurait peut-être pas été observé, " il dit.

Les scientifiques peuvent également choisir de combiner PIFE et PIFQ pour déchiffrer les processus à plusieurs étapes et à plusieurs protéines avec une seule construction ADN-colorant.

« La prise en compte de la nature dépendante du contexte de la modulation de fluorescence dans le système ADN-colorant ouvre la porte à de nombreuses possibilités de conception expérimentale qui pourraient être adaptées aux besoins des chercheurs, " dit Zaher.

« Nous prévoyons maintenant que l'interprétation des données et l'attribution d'événements moléculaires à partir de données sur une molécule unique deviendront plus faciles et plus précises, " ajoute Rachid.