Études mécanistiques des protéines fluorescentes photoactivables : une approche combinée par cristallographie et spectroscopie

• Auteur / Autrice : Virgile Adam
• Direction : Dominique Bourgeois, Sean McSweeney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale et nanobiologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : European synchrotron radiation facility (Grenoble, Isère, France ; 1988-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Universität Ulm. Fakultät für Naturwissenschaften (Allemagne)
• Jury : Président / Présidente : Michel Robert-Nicoud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gerd Ulrich Nienhaus, Johan Hofkens
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Royer, Daniel Picot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synchrotrons

Cristallographie

Microspectrophotométrie

Propriétés mécaniques

Protéines fluorescentes

Mots clés libres

Proteines fluorescentes

Photoconversion

Photocommutation

Photoblanchiment

Cristallographie des protéines

Microspectrophotométrie

Synchrotron

Cryobench

Fluorescent proteins

Photoswitching

Photobleaching

Protein crystallography

Microspectrophotometry

Synchrotron

Cryobench

Résumé

Depuis la découverte de la protéine fluorescente verte (GFP), celle des protéines fluorescentes photoactivables (PAFPs) a initié une révolution dans le domaine de la technologie des FP. Certaines PAFPs sont capables d'être irréversiblement photo converties d'une couleur à une autre alors que d'autres peuvent être réversiblement commutées entre des formes allumées ou éteintes. Ces protéines son intensivement employées dans les techniques de microscopie optique, particulièrement en "nanoscopie" qui permet d'atteindre une résolution optique 1 0 fois meilleure que la limite d'Abbe. Afin de développer plus en avant ces techniques, la nécessité d'obtenir des sondes fluorescentes plus lumineuses pouvant se photoconvertir ou se photocommuter efficacement est cruciale. En même temps, les marqueurs fluorescents doivent être monomériques et photostables. Pour mieux comprendre les mécanismes des phototransformations des PAFPs, trois membres de la famille ont été étudiés: EosFP, Dendra2 et IrisFP. Le phénomène de photoconversion du vert au rouge de photocommutation réversible et de photoblanchiment ont été étudiés grâce à une combinaison de cristallographie des rayons X et dl microspectrophotométrie, en utilisant le laboratoire Cryobench de l'ESRF/IBS. Les résultats nous ont permis de proposer un mécanisme de photoconversion pour EosFP et Dendra2 et de découvrir et caractériser IrisFP, première PAFP combinant à la fois les propriétés de photoconversion et de photocommutation. Les modifications structurales du chromophore associées à la formation d'un état radicalaire induit par les rayons X, probablement impliqué dans la voie de photoblanchiment des P AFPs, ont aussi été caracterisées.

Since the discovery of the green fluorescent protein (GFP), the one of photoactivatable fluorescent proteins (P AFPs), notably from Anthozoan species, triggered a revolution in the field of FP technology. Sorne PAFPs are capable of being irreversibly photoconverted from a green- to a red-emitting form while other ones can be reversibly switched on and off, depending on specific excitation wavelengths. These proteins are being extensively used in optical microscopy techniques, particularly in "nanoscopy", which pro vides optical resolution 10 fold beyond the Abbe limit. Ln order to further develop these techniques, notably in term of time-resolution, the need to obtain brighter fluorescent probes that photoconvert or photoswitch efficiently is crucial. At the same time, fluorescent highlighters generally need to be monomeric and photostable. Ln order to better understand the mechanisms of phototransformations in PAFPs, three members of the family have been studied: EosFP, Dendra2 and IrisFP. The phenomena of green-to-red photoconversion, reversible photoswitching and non-reversible photobleaching have been studied by a combination of X-ray crystallography and microspectrophotometry using the Cryobench laboratory of the ESRF/IBS. Together, the results have a\lowed us to propose a mechanism for the photo conversion of EosFP and Dendra2 and to discover and characterize IrisFP, the first PAFP combining both properties of photoconversion and photoswitching. The structural modifications of the chromophore associated with an X-ray induced radical state, likely to be involved in thé photobleaching pathway of PAFPs, were also characterized.