$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
In de afgelopen twee decennia zijn op fluorescentie gebaseerde methoden met één molecuul een krachtig hulpmiddel geworden voor het meten van biomoleculen1,2, waarbij wordt geprofiteerd hoe verschillende biomoleculaire parameters zich verdelen en hoe ze dynamisch interconverteren tussen verschillende subpopulaties van deze parameters met een resolutie van minder dan een milliseconde3,4,5. De parameters in deze technieken omvatten de energie-overdrachtsefficiëntie in FRET-metingen 6,7,fluorescentie-anisotropie8,9,fluorescentie-kwantumopbrengsten en levensduur10,11,als functie van verschillende fluorescentie-quenching12 of verbetering13-mechanismen. Een van deze mechanismen, beter bekend als eiwit-geïnduceerde fluorescentieverbetering (PIFE)14 introduceert de verbetering van de kwantumopbrengst en levensduur van fluorescentie als een functie van sterische obstructie van de vrije isomerisatie van de fluorofoor in aangeslagen toestand, veroorzaakt door eiwitoppervlakken in de buurt van de kleurstof14,15,16,17,18,19 . Zowel FRET als PIFE worden beschouwd als spectroscopische linialen of nabijheidssensoren, omdat hun gemeten parameter direct is gekoppeld aan een ruimtelijke maat binnen het gelabelde biomolecuul dat wordt gemeten. Terwijl de FRET-efficiëntie gerelateerd is aan de afstand tussen een paar kleurstoffen binnen een bereik van 3-10 nm20,volgt PIFE toenames in fluorescentie kwantumopbrengsten of levensduur gerelateerd aan de afstand tussen de kleurstof en een oppervlak van een nabijgelegen eiwit in het bereik van 0-3 nm19.
Single-molecule FRET is op grote schaal gebruikt voor het verstrekken van structurele inzichten in veel verschillende eiwitsystemen, waaronder intrinsiek ongeordende eiwitten (IDP's)21, zoals α-Synuclein (α-Syn)22. α-Syn kan geordende structuren vormen na binding aan verschillende biomoleculen en onder verschillende omstandigheden23,24,25,26,27,28,29,30. Wanneer echter niet gebonden, wordt het α-Syn-monomeer gekenmerkt door een hoge conformatie heterogeniteit met snel interconverterende conformaties31,32.
De conformaties van α-Syn zijn eerder bestudeerd met behulp van verschillende technieken die helpen bij het identificeren van conformatiedynamiek van dergelijke zeer heterogene en dynamische eiwitsystemen33,34,35,36,37,38,39. Interessant is dat single-molecule FRET (smFRET) metingen van α-Syn in buffer een enkele FRET-populatie rapporteerden39,40 die een uitkomst is van tijdgemiddelde van conformaties die dynamisch interconverteren op momenten veel sneller dan de typische diffusietijd van α-Syn door de confocale vlek (keer zo snel als enkele microseconden en zelfs sneller dan dat, ten opzichte van typische millisecondediffusietijden)40, 41. Het gebruik van een FRET-spectroscopische liniaal met de afstandsgevoeligheid van 3-10 nm rapporteert soms alleen over algemene structurele veranderingen in een klein eiwit zoals α-Syn. Metingen met één molecuul met behulp van spectroscopische nabijheidssensoren met kortere afstandsgevoeligheden hebben het potentieel om te rapporteren over de dynamiek van lokale structuren. Hierin voeren we single-molecule PIFE-metingen uit van α-Syn en identificeren we verschillende subpopulaties van fluorescentielevens die in kaart worden gebracht met verschillende lokale structuren met overgangen tussen hen zo langzaam als 100 ms. Dit werk vat tijd-opgeloste smPIFE-metingen samen van vrij diffuserende α-Syn-moleculen één voor één, in buffer en wanneer gebonden aan SDS-gebaseerde membranen als een spectroscopische nabijheidssensor met één molecuul op korte afstand.