Les protéines fluorescentes photoconvertibles (PCFPs) comme mEos4b changent leur émission de fluorescence du vert au rouge sous illumination à 405 nm, ce qui en fait des marqueurs essentiels pour les techniques de super-résolution telles que la Microscopie de Localisation de Molécules Uniques (SMLM). Cependant, leurs propriétés photophysiques ne cessent de révéler de nouvelles surprises. En plus de la photoconversion, les PCFPs peuvent commuter de manière réversible entre des états fluorescents et non fluorescents. Sous sa forme rouge, mEos4b subit une "commutation négative" : elle s’éteint sous la lumière à 561 nm et se réactive sous la lumière à 405 nm en raison de l’isomérisation cis-trans du chromophore.
Dans cette collaboration entre les groupes I2SR et RMN de l’IBS, et le laboratoire SyMMES, les chercheurs ont identifié un nouveau mode de "commutation positive" : la lumière à 405 nm éteint mEos4b rouge, tandis que la lumière à 561 nm la rallume — l’inverse de la commutation négative. En utilisant la spectroscopie UV-vis, l’imagerie par fluorescence, la RMN et la RPE, ils ont découvert que cette commutation positive provient d’une hétérogénéité conformationnelle induite par la lumière. Le travail montre que la forme rouge de mEos4b existe sous deux états fluorescents, distincts par leurs réseaux de liaisons hydrogène autour du chromophore. Sous illumination à 405 nm, l’état moins fluorescent s’accumule, tandis que la lumière à 561 nm ou l’obscurité favorise l’état plus lumineux. Notamment, l’état moins fluorescent possède un pKa plus élevé, ce qui le rend presque non fluorescent et de longue durée de vie à pH physiologique ou acide.
Cette commutation positive entraîne un phénomène de clignotement (blinking) en SMLM, soulignant comment de subtils modifications conformationnelles induites par la lumière, souvent indétectables par cristallographie, impactent profondément l’imagerie de molécules uniques.
Light-Induced Conformational Heterogeneity Induces Positive Photoswitching in Photoconvertible Fluorescent Proteins of the EosFP Family. Wulffelé J, Maity A, Ayala I, Gambarelli S, Brutscher B, Bourgeois D. J Am Chem Soc. 2025 ; 147(12):10357-10368. doi : 10.1021/jacs.4c17311.
Contact : Dominique Bourgeois, chercheur CNRS du Groupe Imagerie Intégrée de la Réponse au Stress (IBS/I2SR)