Nowa fluorescencyjna proteina trzy razy jaśniejsza niż inne

Fluorescencja jest powszechnie używana w mikroskopii do ujawniania mechanizmów wewnątrzkomórkowych, a przede wszystkim interakcji między proteinami. Ale siła światła jest czasami zbyt niska, żeby wyłapać wszystkie szybko zachodzące reakcje.

A teraz, być może udało się rozwiązać ten problem dzięki nowej proteinie, która emituje turkusowe światło trzy razy silniejsze niż inne.

Rewolucja w świecie mikroskopii

Błękitne proteiny fluorescencyjne CFP są powszechnie używane w biologii komórkowej, ponieważ wizualizują one procesy, które zachodzą wewnątrz komórki, oraz zmiany konformacji (konformacja to termin określający układ przestrzenny całej cząsteczki. Układ ten może ulegać zmianom, bez zrywania wiązań chemicznych) molekuł biologicznych.

Już od początku lat dziewięćdziesiątych XX wieku, białka te pozwalają na obserwację do tej pory niewidzialnych wydarzeń, takich jak rozwój komórek nowotworowych w mózgu albo rozprzestrzenianie się komórek raka w organizmie. A jednak, nawet te molekuły mają słabą fluorescencję (odtwarzają zaledwie 36% padającego światła niebieskiego).

I to nad tym problemem skupiły się trzy zespoły naukowe: angielski, holenderski i brytyjski (instytut Institut de Biologie structurale, IBS, CNRS/CEA/université Joseph Fourier w Grenoble we Francji, Uniwersytet w Amsterdamie, oraz European Synchrotron Radiation Facility, ESRF w Oksfordzie), które współpracowały ze sobą w trzech etapach. Pracami tymi kierował Antoine Royant z IBS.

Na samym początku, zespoły francuski i angielski odkryły w jaki sposób proteiny CFP gromadzą padające światło, zanim wyemitują je w postaci światła fluorescencyjnego (dokonano tego dzięki promieniowaniu X synchrotronu ESRF). Dzięki swoim odkryciom, badaczom dało się wyprodukować mikroskopijne kryształy ulepszonych protein CFP, poddać je działaniu promieniowania X synchrotronu ESRF, a następnie przebadać chromofor, czyli samo serce proteiny CFP, od którego zależy emisja i skuteczność fluorescencji.

W ten sposób, naukowcy odkryli funkcjonowanie poszczególnych atomów wewnątrz białek CFP i zidentyfikowali część molekuł, które trzeba było „podkręcić”, aby zwiększyć fluorescencję.

Jaskrawe światło w szybkich reakcjach

Jednocześnie, na uniwersytecie w Amsterdamie pracowała trzecia ekipa, której przewodził Theodorus Gadella. Zespół ten posłużył się innowacyjną techniką przesiewania, aby przestudiować setki zmodyfikowanych molekuł CFP, mierząc długość trwania ich fluorescencji pod mikroskopem.

Celem było zidentyfikowanie polipeptydów, które zostały ulepszone. Rezultatem tych wysiłków jest całkiem nowa proteina CFP, nazwana mTurquoise2. A naukowcy, wspólnym wysiłkiem wykazali, że jej poziom fluorescencji wynosi 93%, co jest poziomem nigdy wcześniej niespotkanym dla tego typu białka.

Proteina mTurquoise2

Ta całkiem nowa proteina pozwoli teraz na badanie interakcji między proteinami wewnątrz komórek żyjących o zmiennym poziomie wrażliwości. Wysoka wrażliwość jest niezbędna dla szybkich reakcji, gdzie czas niezbędny do akumulacji światła fluorescencyjnego jest bardzo krótki.

Naukowcy mówią również o procesach biologicznych, gdzie w grę wchodzą jedynie niektóre proteiny oraz ekstremalnie słabe sygnały. Dzieki tej nowej proteinie, uda się teraz przeprowadzić wiele badań wymagających niezwykłej precyzji i szczegółowości.

Badacze teraz mają nadzieję, na podstawie aktualnych prac, iż uda im się opracować proteiny o ulepszonej fluorescencji, o różnych kolorach, które posłużą w różnych sytuacjach.

Badania tych trzech ekip zostały opublikowane w przegladzie naukowym Nature Communications.