Nouvelles perspectives sur les états sombres des fluorophores

ParisDes chercheurs du St. Jude Children's Research Hospital ont perfectionné une méthode de mesure de très petites distances en utilisant la transfert d’énergie par résonance de fluorescence à une seule molécule (smFRET). Cette technique suit la manière dont certaines substances, appelées fluorophores, émettent de la lumière. Les fluorophores brillent lorsque leurs électrons excités se calment après avoir été énergisés. Cependant, ces fluorophores peuvent parfois cesser d'émettre de la lumière et entrer dans un état appelé état triplet sombre, ce qui peut rendre les mesures smFRET moins précises et exactes.

Les scientifiques de St. Jude ont mis au point de nouvelles méthodes pour contrôler la durée des « états sombres » en imagerie moléculaire. Cela rend le processus d'imagerie plus clair et plus précis. Ils ont publié leurs résultats dans la revue Nature Methods.

L'étude a révélé que les fluorophores échouent souvent à émettre de la lumière parce qu'ils entrent dans un état non fluorescent appelé état sombre triplet. Cela les rend moins lumineux, ce qui peut affecter négativement les mesures FRET à molécule unique. Cependant, les technologies d'auto-réparation peuvent réduire ces états sombres, améliorant ainsi considérablement la résolution d'imagerie.

Comprendre le déplacement des molécules est crucial pour comprendre le fonctionnement de la biologie. La technique appelée smFRET permet aux scientifiques d'observer ces mouvements en temps réel. Le Dr Scott Blanchard, des départements de Biologie Structurale et Biologie Chimique & Thérapeutique de St. Jude, améliore l'imagerie smFRET. Son équipe a créé des fluorophores spéciaux pour mesurer ces événements moléculaires avec plus de précision.

L'équipe de Blanchard avait besoin de meilleures méthodes pour mesurer à l'échelle moléculaire, ils ont donc créé leurs propres molécules fluorescentes spéciales. Ils ont découvert que les molécules fluorescentes standard devaient être fondamentalement modifiées pour fonctionner correctement. Pour le FRET à une seule molécule (smFRET), les scientifiques attachent deux molécules fluorescentes à différentes parties d'une biomolécule. Un laser excite la première molécule, qui transfère de l'énergie à la deuxième molécule si elle est suffisamment proche, ce qui la fait émettre de la lumière. Ces éclats de lumière sont indispensables pour mesurer les distances au niveau moléculaire.

Les fluorophores émettent de la lumière en fonction des états de spin des électrons. En général, un électron excité retourne à son état de spin original en se relaxant. Cependant, il arrive parfois que l'électron change d'état de spin et entre dans un état triplet de longue durée qui n'émet pas de lumière. Ce phénomène réduit la luminosité des fluorophores et affecte la capacité du smFRET à mesurer les distances avec précision.

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Dans le FRET à molécule unique, les colorants donneurs et accepteurs doivent se comporter de manière similaire. Cependant, les états sombres triplets introduisent des variations qui dégradent la qualité des données. Pour remédier à cela, l'ingénierie des fluorophores se concentre sur la réduction de la durée de ces états triplets.

Les technologies auto-réparatrices répondent à ce problème. Les anciennes solutions comme le Cyclooctatétraène rencontraient des obstacles tels qu'une faible solubilité. L'équipe de Blanchard a créé des fluorophores avec du Cyclooctatétraène, produisant ainsi des fluorophores auto-réparateurs qui ont considérablement réduit le temps passé dans les états triples.

L'utilisation de fluorophores auto-réparateurs en smFRET améliore la qualité des données et les rend plus fiables. Cela maintient une haute qualité d'imagerie même lorsque l'intensité du laser est augmentée. Ces avancées élargissent les capacités du smFRET et ont diverses applications à travers le monde.

Les fluorophores autoréparateurs présentent des avantages importants : ils sont plus lumineux et plus stables sous la lumière. De plus, ils offrent une meilleure résolution spatiale et temporelle pour l'imagerie FRET à molécule unique. Cela permet de capter des détails à l'échelle du nanomètre en quelques millisecondes et fonctionne bien dans des conditions normales d'oxygène.

Blanchard estime que ces découvertes seront utiles aux chercheurs de St. Jude et d'ailleurs. Les marqueurs fluorescents auto-réparateurs font partie des projets de St. Jude et pourraient améliorer de nombreuses applications de fluorescence. Cette nouvelle technologie semble prometteuse pour de nombreuses avancées scientifiques.