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Les interactions protéine-protéine (IPP) constituent la base du bon fonctionnement des cellules eucaryotes en régulant divers processus métaboliques et développementaux. Certains IPP sont stables, tandis que d’autres sont de nature transitoire. Les interactions peuvent être classées en fonction du nombre et du type de membres de l’interaction tels que dimérique, trimérique, tétramérique homomérique et hétéromère1. L’identification et la caractérisation des interactions protéiques peuvent mener à une meilleure compréhension des fonctions protéiques et des réseaux de régulation.
Les facteurs de transcription sont des protéines impliquées dans les fonctions régulatrices. Ils régulent le taux de transcription de leurs gènes en aval en se liant à l’ADN. Parfois, l’oligomérisation ou la formation de complexes d’ordre supérieur par les protéines est une condition préalable à l’accomplissement de leurs fonctions2. Les facteurs de transcription mads-box des plantes sont des gènes homéotiques qui régulent divers processus tels que la transition florale, le développement des organes floraux, la fécondation, le développement des graines, la sénescence et le développement végétatif. Ils sont connus pour former des complexes d’ordre supérieur qui se lient à l’ADN3,4. L’étude des réseaux IPP entre les facteurs de transcription et leurs interacteurs fournit des informations sur la complexité sous-jacente à la régulation transcriptionnelle.
L’expression protéique transitoire chez Nicotiana benthamiana a été une approche populaire pour étudier la localisation des protéines ou les interactions protéine-protéine in vivo5. BiFC et FRET sont des méthodes permettant d’étudier les interactions protéine-protéine in vivo à l’aide de systèmes rapporteurs fluorescents6. Il a été démontré qu’une combinaison de ces deux techniques révèle l’interaction entre trois protéines7. Fret est mesuré à l’aide de la technique de photoblanchiment accepteur, d’émission sensibilisée et d’imagerie à vie de fluorescence (FLIM). Le test FRET basé sur FLIM est apparu comme un outil qui fournit une quantification précise et une spécificité spatio-temporelle aux mesures de transfert d’énergie entre deux molécules en fonction de leur durée de vie en fluorescence8. FLIM mesure le temps pendant lequel un fluorophore reste dans un état excité avant d’émettre un photon et est meilleur que les techniques qui utilisent des mesures d’intensité seules9,10. Outre les systèmes hétérologues tels que Nicotiana benthamiana et les pelures épidermiques d’oignons, des rapports plus récents ont démontré l’utilisation de racines d’Arabidopsis et de jeunes plants de riz, etc., pour l’analyse in vivo des interactions protéine-protéine dans des conditions natives11,12.
Outre un système d’expression approprié, la sélection de partenaires en interaction pour les tests BiFC et FRET est également cruciale pour le succès de cette expérience. L’IPP parmi les partenaires utilisés dans la configuration BiFC doit être validé à l’aide de contrôles appropriés avant leur utilisation en tant que partenaire conjugué dans l’expérience FRET13. BiFC utilise la complémentarité structurelle des parties N- et C-terminales de la protéine fluorescente. Une limitation commune dans la plupart, sinon la totalité, des protéines fluorescentes utilisées dans les tests BiFC a été l’auto-assemblage entre les deux fragments non fluorescents dérivés, contribuant à la fluorescence faussement positive et diminuant le rapport signal/bruit (S / N)14. Des développements récents, y compris des mutations ponctuelles ou la position de division de la protéine fluorescente, ont donné lieu à des paires BiFC avec une intensité accrue, une spécificité plus élevée, un rapport S / N élevé15,16. Ces protéines fluorescentes peuvent également être utilisées pour réaliser BiFC en fonction de la pertinence de l’expérience.
Traditionnellement, la CFP et la YFP ont été utilisées comme paire donneur et accepteur dans les expériences FRET17. Cependant, YFP ou m-Citrine se sont avérés être de meilleurs donneurs de FRET (lorsqu’ils sont utilisés avec RFP comme accepteur) en raison du rendement quantique élevé (QY) lors de l’expression native des protéines cibles dans le système racinaire d’Arabidopsis. La sélection des promoteurs (constitutifs versus natifs/endogènes) et du fluorophore joue également un rôle crucial dans la conception d’une expérience BiFC-FRET-FLIM réussie. Il est essentiel de noter que l’efficacité des donneurs de FRET et l’adéquation des paires de FRET ont tendance à changer avec le changement du promoteur et du système biologique utilisé pour l’expression. Le QY du fluorophore, qui se rapporte à sa luminosité, dépend du pH, de la température et du système biologique utilisé. Nous suggérons que ces critères soient soigneusement pris en compte avant de choisir la paire de fluorophores pour l’expérience FRET. Le système biologique, les promoteurs et les protéines utilisées pour ce protocole ont bien fonctionné avec les fluorophores CFP-YFP pour l’expérience BiFC FRET-FLIM.
Dans la présente étude, nous intégrons la fonctionnalité de FLIM pour visualiser l’interaction entre trois molécules de protéines à l’aide de FRET à base de BiFC. Dans cette technique, deux protéines sont marquées avec la protéine YFP fractionnée et la troisième protéine avec la CFP. Comme nous étions intéressés par l’étude de l’interaction d’un homodimère de protéine MADS-box (M) avec une protéine de capteur de calcium (C), ces protéines ont été marquées avec des protéines fluorescentes dans les vecteurs pSITE-1CA et pSITE-3CA18. Deux des partenaires en interaction, dans ce test, ont été marqués avec des parties terminales N et C du YFP dans les vecteurs pSPYNE-35S et pSPYCE-35S19, et leur interaction entraîne la reconstitution du YFP fonctionnel qui agit comme un accepteur FRET au troisième partenaire en interaction, qui est marqué avec CFP (agissant en tant que donneur FRET) (Figure 1 ). Dans ce cas particulier, l’IPP entre deux monomères M et entre M et C a été validé en effectuant BiFC dans trois systèmes différents avec le système levure-deux-hybrides. Ces vecteurs ont été mobilisés en souche Agrobacterium tumifaciens GV3101 par électroporation. La souche GV3101 possède un plasmide Ti désarmé pMP90 (pTiC58DT-ADN) avec une résistance à la gentamicine20. Une souche p19 Agrobacterium a été ajoutée avec toutes les infiltrations pour empêcher le silence transgénique21. Nous recommandons que les trois protéines soient également utilisées dans des conformations opposées pour valider les interactions tripartites.
Dans cette technique, nous avons utilisé FLIM, où d’abord, la durée de vie de fluorescence du donneur (durée de vie du donneur non éteint) est mesurée en l’absence d’accepteur. Après cela, sa durée de vie est mesurée en présence de l’accepteur (durée de vie du donneur trempé). Cette différence dans la durée de vie de la fluorescence du donneur est utilisée pour calculer l’efficacité FRET, qui dépend du nombre de photons présentant une réduction de la durée de vie de la fluorescence. Mentionné ci-dessous est un protocole détaillé pour déterminer la formation d’un complexe ternaire entre trois protéines quelconques en exprimant transitoirement les protéines marquées par fluorescence dans Nicotiana benthamiana et en testant leur interaction par BiFC-FRET-FLIM.