1. Engineering of a fluorescent chemogenetic reporter with tunable color for advanced live-cell imaging
- Author
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Arnaud Gautier, Xavier Morin, Lydia Danglot, Alison G. Tebo, Julie Nguyen, Karim Ounoughi, Rosette Goïame, Thomas Le Saux, Chenge Li, Isabelle Aujard, Hela Benaissa, Nicolas Pietrancosta, Evelyne Fischer, Ludovic Jullien, Processus d'Activation Sélective par Transfert d'Energie Uni-électronique ou Radiatif (UMR 8640) (PASTEUR), Département de Chimie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des biomolécules (LBM UMR 7203), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Institut de Chimie du CNRS (INC)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS), Département de Biologie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de psychiatrie et neurosciences de Paris (IPNP - U1266 Inserm), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Paris (UP), Janelia Research Campus [Ashburn] (HHMI Janelia), Howard Hughes Medical Institute (HHMI), Shangaï Jiao Tong University [Shangaï], Institut de Génétique et Développement de Rennes (IGDR), Structure Fédérative de Recherche en Biologie et Santé de Rennes ( Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES), Neurosciences Paris Seine (NPS), Sorbonne Université (SU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), We thank Leducq establishment for funding the Leica SP8 Confocal/STED 3DX system, Sésame Région Ile-de-France for funding the Zeiss 880 Confocal/Airyscan system, and FLAG-ERA for grant SENSEÏ by ANR-19-HBPR-0003. This work has been supported by the European Research Council (ERC-2016-CoG-724705 FLUOSWITCH), the Agence Nationale de la Recherche (France BioImaging—ANR-10-INBS-04, Morphoscope2 - ANR-11-EQPX-0029, ANR-19-CE13-0026 ADOBE) and a prematuration grant from PSL University and QLife., ANR-19-HBPR-0003,SENSEI,Segmentation of Neurons using Standard and Super-Resolution Microscopy(2019), ANR-10-INBS-0004,France-BioImaging,Développment d'une infrastructure française distribuée coordonnée(2010), ANR-11-EQPX-0029,MORPHOSCOPE 2,Imagerie et reconstruction multiéchelles de la morphogenèse. (Plateforme d'innovation technologique et méthodologique pour l'imagerie in vivo et la reconstruction des dynamiques multiéchelles de la morphogenèse)(2011), ANR-19-CE13-0026,ADOBE,Dynamique de l'adhésion au niveau de l'enveloppe bactérienne(2019), European Project: ERC-2016-CoG-724705 ,FLUOSWITCH, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université (SU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Chimie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Paris Cité (UPCité), Université de Rennes (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Structure Fédérative de Recherche en Biologie et Santé de Rennes ( Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique ), Neuroscience Paris Seine (NPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Systèmes glutamatergiques normaux et pathologiques = Normal and Pathologic Glutamatergic Neurons (NPS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Analyse, Interactions Moléculaires et Cellulaires (LBM-E2), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Chimie Moléculaire de Paris Centre (FR 2769), Gestionnaire, Hal Sorbonne Université, Segmentation of Neurons using Standard and Super-Resolution Microscopy - - SENSEI2019 - ANR-19-HBPR-0003 - FLAG-ERA JTC 2019 - VALID, Développment d'une infrastructure française distribuée coordonnée - - France-BioImaging2010 - ANR-10-INBS-0004 - INBS - VALID, Equipements d'excellence - Imagerie et reconstruction multiéchelles de la morphogenèse. (Plateforme d'innovation technologique et méthodologique pour l'imagerie in vivo et la reconstruction des dynamiques multiéchelles de la morphogenèse) - - MORPHOSCOPE 22011 - ANR-11-EQPX-0029 - EQPX - VALID, Dynamique de l'adhésion au niveau de l'enveloppe bactérienne - - ADOBE2019 - ANR-19-CE13-0026 - AAPG2019 - VALID, and Pushing the frontiers of biological imaging with genetically encoded fluorescence switches - FLUOSWITCH - ERC-2016-CoG-724705 - INCOMING
- Subjects
Diagnostic Imaging ,Male ,Materials science ,[SDV.IB.IMA]Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging ,Science ,Green Fluorescent Proteins ,Color ,Biocompatible Materials ,Nanotechnology ,Biosensing Techniques ,Protein tag ,Protein Engineering ,010402 general chemistry ,01 natural sciences ,Article ,Fluorescence ,Rats, Sprague-Dawley ,03 medical and health sciences ,Fluorescence resonance energy transfer ,Live cell imaging ,Animals ,Super-resolution microscopy ,Coloring Agents ,Fluorescent Dyes ,030304 developmental biology ,Neurons ,0303 health sciences ,[CHIM.ORGA]Chemical Sciences/Organic chemistry ,Rational design ,STED microscopy ,[CHIM.ORGA] Chemical Sciences/Organic chemistry ,Directed evolution ,Fusion protein ,Rats ,0104 chemical sciences ,3. Good health ,[CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry ,[CHIM.THEO] Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry ,[SDV.IB.IMA] Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging ,Female ,Electronics ,Chemical tools ,Visible spectrum - Abstract
Biocompatible fluorescent reporters with spectral properties spanning the entire visible spectrum are indispensable tools for imaging the biochemistry of living cells and organisms in real time. Here, we report the engineering of a fluorescent chemogenetic reporter with tunable optical and spectral properties. A collection of fluorogenic chromophores with various electronic properties enables to generate bimolecular fluorescent assemblies that cover the visible spectrum from blue to red using a single protein tag engineered and optimized by directed evolution and rational design. The ability to tune the fluorescence color and properties through simple molecular modulation provides a broad experimental versatility for imaging proteins in live cells, including neurons, and in multicellular organisms, and opens avenues for optimizing Förster resonance energy transfer (FRET) biosensors in live cells. The ability to tune the spectral properties and fluorescence performance enables furthermore to match the specifications and requirements of advanced super-resolution imaging techniques., Fluorescent reporters spanning the visible spectrum are needed for imaging live cells and organisms. Here the authors report a collection of fluorogenic chromophores that cover the visible spectrum from blue to red using a single engineered and optimised protein tag.
- Published
- 2021