Proteína fluorescente verde brilhante e fotoestável derivada de água-viva japonesa

Fotoestabilidade de um mutante de cisteína de StayGold direcionado ao lúmen do RE. As células HeLa expressando er-(n2)oxStayGold(c4) ou er-oxGFP foram submetidas a imagens ao vivo contínuas. A comparação foi feita lado a lado. Barras de escala, 10 μm. a, iluminação WF (lâmpada de arco) com um valor de irradiância de 0,21 W cm⁻² . b, Iluminação confocal de disco giratório com um valor de irradiância de 3,5 W cm⁻² . a,b, A primeira e a última imagens são mostradas (topo). As intensidades médias de fluorescência de células individuais são plotadas em função do tempo (parte inferior). c, Imagem volumétrica 3D-SIM com um valor de irradiância de 2,4 W cm⁻² . Coleção repetitiva de uma pilha 3D de 56 imagens 3D-SIM. Imagens 3D-SIM brutas e reconstruídas do 51º (esquerdo) ou 48º (direita) plano nas séries z 1 e 2. As intensidades médias de fluorescência de células individuais são plotadas (abaixo). Crédito:Biotecnologia da Natureza (2022). DOI:10.1038/s41587-022-01278-2

A imagem de fluorescência de amostras biológicas pode se beneficiar muito com a descoberta do RIKEN de uma proteína fluorescente derivada de uma água-viva japonesa que mantém seu brilho mesmo quando iluminada por luz forte.
Proteínas que emitem luz verde quando iluminadas são ferramentas poderosas para criar imagens de estruturas finas dentro de células vivas. Os pesquisadores podem anexar essas proteínas fluorescentes a estruturas-alvo nas quais estão interessados, que então acendem quando a luz azul brilha sobre elas.

No entanto, os pesquisadores se encontram em um dilema - eles querem usar o mínimo de proteína fluorescente possível para que não interfira nos processos celulares normais, mas isso exige o uso de iluminação forte para obter imagens de alta qualidade. O problema é que quando uma luz forte incide sobre uma proteína fluorescente, seu brilho diminui rapidamente devido a um processo conhecido como fotobranqueamento. Para complicar as coisas, há uma relação de troca entre brilho e fotoestabilidade:aumentar um quase inevitavelmente reduzirá o outro.

Agora, Atsushi Miyawaki do RIKEN Center for Brain Science e seus colegas de trabalho descobriram uma proteína fluorescente que despreza essa relação de troca:oferece alto brilho e é aproximadamente dez vezes mais fotoestável do que as melhores proteínas fluorescentes comerciais.

Apropriadamente chamada StayGold, a proteína fluorescente é derivada de uma proteína fluorescente natural encontrada em Cytaeis uchidae, uma pequena água-viva encontrada na costa do Japão.

Havia um elemento de serendipidade na descoberta. "Percebemos que a proteína fluorescente da água-viva era fotoestável, mas muito fraca. E eu não estava otimista em tornar a proteína mais brilhante mantendo essa fotoestabilidade, porque eu simplesmente acreditava na compensação", lembra Miyawaki. "However, to our surprise, we were able to increase both the protein's photostability and its brightness. So could have our cake and eat it too."

The team demonstrated the usefulness of StayGold by using it to image the endoplasmic reticulum network and mitochondria in cells with enhanced spatiotemporal resolution and length of observation. They also used it to image the spike protein of SARS-CoV-2, the virus that causes COVID-19, in infected cells.

The intense interest generated by the study is reflected in the fact that it has been accessed more than 44,000 times since publication in Nature Biotechnology in late April. Researchers wanting to try the protein can obtain it from the RIKEN BioResource Research Center.

Since it remains unclear why StayGold can both be bright and stay bright under illumination, Miyawaki and his team intend to investigate the mechanism behind this. + Explorar mais