1. Extra kinetic dimensions for label discrimination
- Author
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Raja Chouket, Agnès Pellissier-Tanon, Aliénor Lahlou, Ruikang Zhang, Diana Kim, Marie-Aude Plamont, Mingshu Zhang, Xi Zhang, Pingyong Xu, Nicolas Desprat, Dominique Bourgeois, Agathe Espagne, Annie Lemarchand, Thomas Le Saux, 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-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), 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), Sony Computer Science Laboratory Paris (SONY CSL-Paris), Sony France SA, Key Laboratory of RNA Biology, Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences, ABCD : Biophysique des Biomolécules, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Institut de biologie de l'ENS Paris (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-PSL), 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 biologie structurale (IBS - UMR 5075), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (LPTMC), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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-10-IDEX-0001,PSL,Paris Sciences et Lettres(2010), ANR-10-LABX-0031,IPGG_LABEX,Pierre-Gilles de Gennes Institute for microfluidics(2010), ANR-17-CE11-0047,Cryo-PALM,Microscopie super-résolution par localisation de molécules uniques à température cryogénique.(2017), ANR-19-CE11-0005,HIGHLIGHT,Imagerie sensible à la phase de nombreux marqueurs réversiblement photocommutables en lumière modulée(2019), ANR-19-CE29-0003,dISCern,Le croisement intersystème dans les protéines fluorescentes: un nouveau mécanisme pour la microscopie de fluorescence confocale à contraste dynamique(2019), and Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
MESH: Optical Imaging ,Multidisciplinary ,Light ,MESH: Kinetics ,[SDV.BBM.BS]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Structural Biology [q-bio.BM] ,Optical Imaging ,General Physics and Astronomy ,MESH: Microscopy, Fluorescence ,General Chemistry ,MESH: Fluorescent Dyes ,General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology ,MESH: Light ,Kinetics ,Microscopy, Fluorescence ,[CHIM]Chemical Sciences ,Fluorescent Dyes - Abstract
Due to its sensitivity and versatility, fluorescence is widely used to detect specifically labeled biomolecules. However, fluorescence is currently limited by label discrimination, which suffers from the broad full width of the absorption/emission bands and the narrow lifetime distribution of the bright fluorophores. We overcome this limitation by introducing extra kinetic dimensions through illuminations of reversibly photoswitchable fluorophores (RSFs) at different light intensities. In this expanded space, each RSF is characterized by a chromatic aberration-free kinetic fingerprint of photochemical reactivity, which can be recovered with limited hardware, excellent photon budget, and minimal data processing. This fingerprint was used to identify and discriminate up to 20 among 22 spectrally similar reversibly photoswitchable fluorescent proteins (RSFPs) in less than 1s. This strategy opens promising perspectives for expanding the multiplexing capabilities of fluorescence imaging.
- Published
- 2022