Green fluorescent protein (GFP) est une protéine de la méduse AequoreaVictoria qui présente une fluorescence verte lorsqu’elle est exposée à la lumière. La protéine a 238 acides aminés, trois d’entre eux (numéros 65 à 67)forment une structure qui émet une lumière fluorescente verte visible. Dans la méduse, la GFP interagit avec une autre protéine, appelée aequorin,qui émet de la lumière bleue lorsqu’elle est ajoutée avec du calcium. Les biologistes utilisent des cellules d’étude GFPto chez les embryons et les fœtus pendant le développementprocessus.,
Les biologistes utilisent la GFP comme protéine marqueur. GFP peut attacher à andmark une autre protéine avec la fluorescence, permettant aux scientifiques de voir la présence de la protéine particulière dans une structure organique.Gfp se réfère au gène qui produit le fluorescent vertprotéine. En utilisant la technologie de recombinaison d’ADN,les scientifiques combinent le gène GFP à un autre gène qui produit une protéine qu’ils veulent étudier, puis ils insèrent le complexe dans une cellule. Si la cellule produit la fluorescence verte, les scientifiques en déduisent que la cellule exprime également le gène cible., De plus, les scientifiques utilisent GFP pour étiqueter spécifiqueorganelles, cellules, tissus. Comme le gène Gfp est héréditaire, les descendants des entités marquées présentent également une fluorescence verte.
Edmund N. Harvey, professeur à l’Université de Princeton Àprinceton, New Jersey, a initié les études sur la bioluminescence aux États-Unis. En 1921, Harvey décrit les tissus jaunes dans le parapluie des méduses comme étant lumineux dans des conditions particulières, comme la nuit ou lorsque la méduse est stimulée par l’électricité., En 1955, Demorest Davenport de l’Université de Californie à Santa Barbarain Santa Barbara, Californie, et Joseph Nicol du Plymouth MarineLaboratory à Plymouth, Angleterre, ont utilisé l’enregistrement photoélectrique et des méthodes histologiques pour confirmer les descriptions de Harvey, et ils ont identifié les matériaux fluorescents verts dans le canal marginal du parapluie.
La même année, Osamu Shimomura est devenu assistant de recherche à l’Université Nagoya de Nagoya, au Japon, et il a cristallisé la luciférine,un composé électroluminescent trouvé dans la luciole de mer Vargulahilgendorfii., Shimomura a publié ses résultats en 1957. L’un des étudiants de Harvey, Frank H. Johnson, a étudié la bioluminescence à l’Université de Princeton. Johnson a suivi le travail de Shimomura et l’a invitéhim à travailler aux États-Unis, et en 1960, Shimomura a reçu une bourse de voyage aFulbright et a commencé à travailler avec Johnson. Peu de temps après l’arrivée de Shimomura aux États-Unis, Johnson a introduit la bioluminescence d’Aequorea Victoria à Shimomura. Aux États-Unis,les méduses ne vivent que sur la côte ouest, alors Shimomura s’est rendu Àfriday Harbor Laboratories de l’Université de Washington à SanJuan Island, Washington, au cours de l’été 1961., Après avoir capturé environ 10 000 méduses, Shimomura a pris les extraits de la méduse et l’a conservée dans de la glace carbonique pour la ramener à Princeton en septembre 1961.
À Princeton, Shimomura et ses collègues ont commencé à purifier la substance bioluminescente, et ils ont découvert qu’il s’agissait d’une protéine,qu’ils ont appelée aequorin. Quand ils ont purifié l’aequorine, ils ont égalementdécouvert des traces d’une autre protéine, qui a montré une fluorescence verte. L’équipe de Shimomura a publié les résultats dans « Exraction, Purification, and Properties of Aequorin » en 1962., Le papier étaità propos de l’aequorine, mais il décrivait également une protéine verte, qui exposait la fluorescence verte sous la lumière du soleil. John W. Hasting Etjames G. Morin, qui ont plus tard fait des recherches sur l’aequorine, ont appelé la protéine fluorescente verte proteinas en 1971.
Shimomura s’est concentré sur l’aequorine, a purifié la protéine, a cristallisé et a élucidé sa structure sous-jacente. Il a également étudié les propriétés du GFP et a publié son dernier article sur le GFP en 1979. En 1981, après avoir quitté l’Université de Princeton pour le Marine BiologyLaboratory à Woods Hole, Massachusetts, Shimomura n’a plus fait de recherche sur le GFP., De 1979 à 1992, de nombreux chercheurs ont étudié divers aspects de la GFP, notamment l’utilisation de la résonance magnétique nucléaire pour étudier les acides aminés de la protéine, l’utilisation des rayons X pour étudier son cristal et l’évolution de la GFP.
Au début des années 1990, le biologiste moléculaire Douglas Prasher,au Laboratoire de biologie marine, a utilisé le GFP pour concevoir des sondes, une technologie impliquant des fragments d’ADN pour détecter la présence de séquences de nucléotides. Prasher a isolé l’ADN complémentaire (ADNc)du gène Gfp, et il a publié la séquence du gène en 1992.,Après la publication de la séquence de l’ADNc en 1992, le financement de Prasher de theAmerican Cancer Society à Atlanta, en Géorgie, a expiré. Lorsqu’il a demandé un financement de l’Institut national de la santé des États-Unis à Bethesda,dans le Maryland, l’examinateur a fait valoir que la recherche de Prasher manquait de contributions à la société. Comme Prasher ne pouvait pas obtenir de financement pour soutenir davantage ses recherches, il a quitté le Marine BiologyLaboratory pour travailler pour le Département américain de l’Agriculture inMassachusetts.,
Après la publication de Prasher en 1992, de nombreux scientifiques ont essayé de transférer et d’exprimer le gène Gfp dans des organismes autres que les méduses en utilisant la technologie de recombinaison d’ADN, et Martin Chalfie a été le premier à y parvenir. Chalfie, professeur à l’Université Columbia à New York, New York, a étudié le développement du nématode Caenorhabditiselegans. Chalfie a entendu parler de la protéine GFP dans une conférence, et il a spéculé que GFP pourrait faciliter son étude de geneexpression dans C. elegans., L’équipe de Chalfie a obtenu l’ADNc du gène Gfp de Prasher et n’a inséré que la séquence de codage du gène Gfp d’abord dans la bactérie EscherichiaColi, puis dans C. elegans. Chalfie et son équipe ont découvert que le gène Gfp produisait du GFP sans enzymes ou sous-produits ajoutés dans les deux organismes. En 1994, Chalfie publié son resultsin « Protéine Fluorescente Verte comme un Marqueur de l’Expression des Gènes ». La détection de GFP n’avait besoin que de lumière ultraviolette. Par la suite, de nombreux biologistes ont introduit la GFP dans leurs expériences pour étudier la généexpression., Satoshi Inouye et Frederick Tsuji de l’Université Princeton ont également exprimé la Gfp chez E. Coli en 1994.
De nombreux scientifiques ont essayé de muter le gène Gfp pour que la protéine résultante réagisse à des longueurs d’onde plus larges et émane différentes couleurs. D’autresles scientifiques ont étudié différentes protéines fluorescentes (FPs). RogerTsien, professeur à l’Université de Californie à San Diego, à SanDiego, en Californie, a réingénié le gène Gfp pour produire theprotein dans différentes structures. Son équipe a également repensé d’autres FPs.,En raison des efforts de Tsien et d’autres bioingénieurs, GFP pourrait non seulement exposer une fluorescence plus lumineuse, mais également répondre à une gamme plus large de longueurs d’onde, ainsi qu’émettre presque toutes les couleurs, sauf le rouge.Les résultats de Tsien ont permis aux scientifiques de marquer plusieurs GFP colorés àdifférentes protéines, cellules ou organites d’intérêt, et les scientifiques pourraient étudier l’interaction de ces particules. Red FP est devenudisponible en 1999,lorsque l’équipe de Sergey Lukyanov à l’Institut de chimie bioorganique Shemyakin-Ovchinnikov à Moscou, en Russie, a découvert que certains coraux contenaient la protéine fluorescente rouge, appelée DsRed., D’autres laboratoires ont développé des capteurs fluorescents pour le calcium, la protéase et d’autres molécules biologiques. Depuis lors, les scientifiques ont signalé plus de 150 protéines distinctes de type GFP chez de nombreuses espèces.
Comme le GFP n’interfère pas avec les processus biologiques lorsqu’il est utilisédans vivo, les biologistes l’utilisent pour étudier comment les organismes se développent.Par exemple, après 1994, Chalfie et ses collègues ont appliqué la GFP dansl’étude du développement des neurones de C. elegans., Dans un document de 2002, Chalfie et ses collègues décrivent comment ils ont d’abord marqué le gène aspécifique impliqué dans la perception tactile dans les cellules neuronales avecGFP, puis observé la quantité de fluorescence émise par ces cellules. Parce que les cellules mutantes ont produit moins ou plus de GFP que les cellules normales, la quantité anormale de production de fluorescence a indiqué le développement normal des mutants. Depuis lors, ce domaine de rechercheétendu à de nombreux autres organismes, y compris les mouches à fruits, les souris etles poissons zébres.,
Le 10 décembre 2008, l’Académie Royale des Sciences de Suède a décerné le Prix Nobel de chimie à Tsien, Chalfie et Shimomura pour leurs découvertes sur la GFP.
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