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Para demonstrar a capacidade sFLIM de dissecar interações moleculares entre a lignina e moléculas fluorescentes marcadas, usamos pela primeira vez três amostras diferentes(Figura 3):palha de trigo nativa (WS), palha de trigo nativa incubada com PEG marcada com rodamina (PR10) e palha de trigo nativa com dextran marcado com rhodamina (DR10). PR10 é conhecido por interagir com a lignina, enquanto DR10 é suposto ser inerte13,14,15. Curvas sFLIM(Figura 3,superior) mostram algumas modificações que podem ser alcançadas entre a amostra de referência (WS) e dois casos de interação (DR10 e PR10). Na verdade, pode-se primeiro perceber facilmente o aumento da fluorescência em regiões espectrais correspondentes à faixa de emissão de rodímina. A observação cuidadosa das três primeiras curvas de decadência do fótons do canal também revela uma inflexão mais forte para DR10 do que para PR10. Depois de encaixar as curvas de decadência do fótons e calcular cada canal média de fluorescência ao longo da vida, a assinatura fret torna-se mais óbvia(Figura 3, inferior). De fato, enquanto a vida de fluorescência aumenta e diminui ao longo do espectro de fluorescência para a amostra ws, uma assinatura fret clara é observada tanto para PR10 quanto PARA DR10 com: 1) um valor vitalício constante no canal de emissão somente para doadores (3 primeiros canais, em azul); e 2) uma vida crescente da fluorescência na canaleta espectral que corresponde a uma contribuição crescente do fluorophore elevado do doador da vida.
Uma vez que o FRET inequívoco foi determinado, a comparação da vida da fluorescência da lignina (canal 2) permite a quantificação da diminuição da vida entre WS (0.47 ns), DR10 (0.42 ns) e PR10 (0.36 ns) e assim, revela interações moleculares entre a lignina e PR10 e DR10 com uma afinidade mais forte para PR10.
Para ilustrar a relevância deste método para quantificar diferentes níveis de interação, escolhemos três outras amostras, imitando a acessibilidade enzimática em cima de amostras de plantas tratadas: WS tratada com ácido (AWS), em combinação com PR de dois pesos moleculares contrastados de 5 kDa e 20 kDa (PR5 e PR20). Após uma inspeção cuidadosa das assinaturas sFLIM, a vida de fluorescência de lignina é extraída(Figura 4). Como dito anteriormente, a vida de fluorescência de lignina pode ser alterada pelo seu ambiente16,17. Após o tratamento ácido, as medidas de fluorescência ao longo da vida na AWS (0,28 ns) tornam-se menores do que a medida anteriormente para OM (0,47 ns), o que confirma a exigência do procedimento sFLIM para interpretação inequívoca da diminuição ao longo da vida e a necessidade de controles negativos para cada condição testada. Como esperado, uma forte diminuição ao longo da vida é observada ao adicionar PR à AWS enquanto interage com a lignina. Além disso, a interação é mais forte com PR5 (0,14 ns) em relação ao PR20 (0,16 ns), o que é consistente com a medição do raio hidrodinâmico (2,3 nm e 4,8 nm para PR5 e PR20, respectivamente), induzindo diferentes restrições steric e, portanto, maior acessibilidade de PR5 à lignina.
Ambos os experimentos demonstram a relevância deste método para avaliar finamente as interações com a lignina com enzimas, dependendo de seu tamanho e de amostras de plantas pré-tratamento.

Figura 1: Diferentes etapas de preparação das amostras. Palha de trigo (WS) (A)é reduzida pela primeira vez em tamanho (B)a ser incorporado no meio PEG (C). O bloco é cortado usando um microtome equipado com lâminas descartáveis (D). Após a lavagem, as seções resultantes (E)são colocadas para incubação em PEG ou solução de rhodamina marcada(F). As seções rotuladas são montadas para medições sFLIM (G). Barras de escala são 2 cm (A), 1 cm (B e C),200 μm (E e G). Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figura 2: Fluxo de trabalho completo de medições de interações baseadas em FRET espectral. A figura apresenta a configuração que combina a intensidade espectral da fluorescência e as medidas da vida. As imagens de fluorescência espectral são adquiridas com um microscópio confocal, e as vidas sequencialmente fluorescência para cada faixa espectral são medidas com o detector sFLIM. A análise das curvas de decaimento do fótons permite a determinação precisa das interações entre a amostra e as moléculas de interesse. As calibrações têm de ser processadas para evitar artefactos. Primeiro, o detector de sFLIM precisa ser calibrado e spectrally e sua função de resposta instrumental tem que ser verificada. Em segundo lugar, o complexo sinal de autofluorescência tem que ser calibrado com precisão para cada amostra para determinar a vida de fluorescência em cada canal antes da adição de uma molécula aceitadora. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figura 3: Medidas representativas do sFLIM. curvas sFLIM (painel superior) foram adquiridas em palha de trigo nativa (WS), WS incubada com PEG marcado com rhodamine (WS + PEG) e palha de trigo nativo com dextran marcado com rodomina (WS + DEX). Para cada amostra, as curvas sFLIM foram equipadas com um modelo de decaimento biexponencial e o tempo médio de fluorescência foi calculado para cada canal (painel inferior). As amostras WS+PEG e WS+DEX apresentam uma diminuição na vida de fluorescência no canal correspondente apenas à autofluorescência (três primeiras barras) associadaa a um aumento vitalício no canal correspondente a uma emissão mista de autofluorescência e roddamina. Esse comportamento é característico de um evento de FRET entre moléculas marcadas por lignina e rodamina. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.

Figura 4: Análise vitalícia da fluorescência do canal correspondente à autofluorescência da lignina. Depois de validar um evento de FRET com base na assinatura sFLIM, a vida média de fluorescência foi medida em WS (AWS), tratada com ácido, em combinação com PR5 ou PR20 (5 kDa e 20 kDa, respectivamente). Quando ambas as amostras do fotorreceptor apresentarem uma diminuição da vida, menor é caracterizada por uma redução mais forte da vida, revelando uma interação molecular mais forte com o ligignin. O método é, portanto, sensível o suficiente para discriminar entre ambos (valor médio e erro padrão estão representados, n >10 por condição). Clique aqui para ver uma versão maior deste número.