通过时间分辨晶体学和瞬态吸收光谱揭示荧光蛋白的光开关机制

摘要： 可逆开关荧光蛋白（RSFPs）是先进荧光成像中的标记物。从非荧光关闭态到荧光开启态的光开关过程涉及生色团的反式-顺式异构化及质子转移。虽然皮秒时间尺度的激发态事件已通过结构表征得以解析，但较慢时间尺度上的构象变化仍不明确。本研究结合X射线自由电子激光的时间分辨串行晶体学与纳秒分辨的泵浦-探测紫外-可见光谱技术，阐明了RSFP rsEGFP2中关闭态到开启态的光开关机制。光激发后十纳秒时，晶体结构显示生色团已完成反式到顺式的异构化，但其周围口袋构象与最终开启态存在差异。光谱分析表明该基态光中间体的生色团处于质子化状态。随后在微秒时间尺度发生的去质子化过程，与邻近保守组氨酸残基的构象变化相关联。结合先前关于激发态的研究数据，我们的发现完整揭示了rsEGFP2中关闭态到开启态光开关的详细机制。