Débloquer le potentiel de la détection de protéines sans marquage : atteindre la sensibilité ultime avec l’autofluorescence UV et la nanophotonique
Les protéines sont naturellement fluorescentes dans l’ultraviolet, ce qui offre une approche attrayante pour étudier des protéines natives sans introduire des marqueurs fluorescents externes. L’autofluorescence UV des protéines se base sur la présence d’acides aminés tryptophane, généralement présents en faible nombre dans une protéine (en moyenne de 1 à 5 tryptophane par protéine). Cependant, en raison de signaux faibles et de fonds importants dans les UV, la technologie actuelle était limitée aux grosses protéines contenant plusieurs dizaines de tryptophanes. La grande majorité des protéines restait bien en deçà de la sensibilité de détection pour la détection d’une seule protéine sans marquage.
Une équipe de chercheurs de l’Institut Fresnel franchit cette limite de sensibilité et réalise une détection par autofluorescence UV sans marqueur jusqu’au niveau du tryptophane unique. L’approche repose sur une combinaison rationnelle de nanoantennes plasmoniques, d’antioxydants et de techniques de réduction du bruit de fond pour améliorer le rapport signal sur fond de plus d’un ordre de grandeur. Atteindre la sensibilité ultime de la technique UV-FCS jusqu’au régime du tryptophane unique a de nombreuses applications pour diverses communautés, de la nanophotonique à la biochimie.
Notre équipe démontre de manière concluante la spectroscopie de corrélation de fluorescence UV (UV-FCS) sur des protéines avec un seul résidu de tryptophane. Cela ouvre l’applicabilité de l’UV-FCS à une large bibliothèque de milliers de protéines, qui restaient auparavant inaccessibles (plus de 90 % des protéines humaines ont au moins un résidu de tryptophane, mais seulement 4 % ont plus de 20 tryptophanes). La spectroscopie de corrélation de fluorescence (FCS) et les techniques associées ont un impact important sur la biophysique moléculaire dans l’évaluation des propriétés de diffusion, des concentrations locales ou des taux de réactions cinétiques.
L’approche de maximisation du signal intéresse un large éventail de scientifiques et d’ingénieurs travaillant avec la fluorescence, la photonique ou la plasmonique. Notre article détaille plusieurs aspects multidisciplinaires : (i) éléments nanophotoniques plasmoniques pour améliorer la fluorescence, (ii) antioxydants pour neutraliser les espèces réactives de l’oxygène omniprésentes dans l’ultraviolet et (iii) suppression du fond basée sur une compréhension rationnelle de ses origines physiques.
Référence : Prithu Roy, Jean-Benoît Claude, Sunny Tiwari, Aleksandr Barulin, and Jérôme Wenger, “Ultraviolet Nanophotonics Enables Autofluorescence Correlation Spectroscopy on Label-Free Proteins with a Single Tryptophan” Nano Letters 2023
– https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03797
Financements : Ce projet a reçu un financement du Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne (accord de subvention n° 723241 TryptoBoost).
Contact Chercheur : Jérôme Wenger – Équipe MOSAIC, Institut Fresnel, Marseille – www.jeromewenger.com
