Un mécanisme complexe explique comment une protéine fluorescente change de couleur
Les protéines fluorescentes de la famille GFP sont extrêmement populaires car grâce à leur bioluminescence endogène, ce sont d’excellents marqueurs pour l’imagerie cellulaire. Ces dernières années de nouvelles protéines fluorescentes, dite "photoactivables", ont été développées, dont les propriétés de fluorescence changent en fonction des conditions selon lesquelles elles sont illuminées. Ces protéines fluorescentes photoactivables sont à la base de nouvelles méthodes d’imagerie de fluorescence "super-résolution", qui permettent d’obtenir des images de cellules vivantes avec une résolution nanomètrique. L’une des protéines photoactivables les plus utilisées en nanoscopie est la protéine EosFP. Cette protéine fluoresce normalement en vert, mais lorsqu’on l’illumine avec de la lumière violette, la fluorescence passe au rouge. Ce mécanisme de photo-conversion implique la cassure de la chaîne peptidique de la protéine à proximité immédiate du chromophore, ce qui résulte en une élongation du système conjugué. Mais l’origine de cette cassure n’était jusqu’à ce jour pas bien comprise. En utilisant des méthodes de simulation basées sur la recherche de chemins réactionnels à partir d’une modélisation de la protéine de type "QM/MM", et à partir des structures ristallographiques des états verts et rouges de EosFP, nous avons pu expliquer le mécanisme de photo-conversion. Lorsque la protéine absorbe un photon violet, elle passe dans un état excité "standard" de type singulet. Cependant, environ une fois sur 1000, cet état excité est converti dans un état "triplet", une transition normalement interdite. Dans cet état triplet, un mécanisme de transfert de proton peut avoir lieu, qui génère une cascade d’événements aboutissant finalement à la cassure de la liaison peptidique et à l’élongation du système conjugué. EosFP fluoresce alors en rouge. Ce travail est une avancée dans la connaissance des mécanismes des protéines fluorescentes photo activables, et permet d’envisager le
développement de variants améliorées.
Mickael Lelimousin, Virgile Adam, G. Ulrich Nienhaus, Dominique Bourgeois and Martin J. Field. Photoconversion of the Fluorescent Protein EosFP : A Hybrid Potential Simulation Study Reveals Intersystem Crossings. JACS (2009) 131:16814-23. DOI 10.1021/ja905380y