Pfam | PF01353 |
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Clan Pfam | CL0069 |
InterPro | IPR011584 |
SCOP | 1° |
SUPERFAMIGLIA | 1° |
La proteina fluorescente verde (spesso abbreviata GFP , l' inglese " Green Fluorescent Protein ") è una proteina avente la proprietà di emettere fluorescenza di colore verde . Derivato da una medusa ( Aequorea victoria ), questa proteina è intrinsecamente fluorescente sotto l'azione di un enzima, l'equoreina, una luciferasi che agisce in presenza di calcio. Il suo gene può essere fuso in vitro con il gene per una proteina che si desidera studiare. Il gene ricombinante viene quindi reintrodotto nelle cellule o in un embrione , che poi sintetizzerà la proteina di fusione , che sarà quindi fluorescente. Può quindi essere osservato utilizzando un microscopio a fluorescenza , ad esempio. Questo metodo permette di studiare le proteine nel loro ambiente naturale: la cellula vivente. La scoperta e le applicazioni della PFM sono state incoronate con il Premio Nobel per la Chimica assegnato a Osamu Shimomura , Martin Chalfie e Roger Tsien il8 ottobre 2008.
La GFP è stata descritta per la prima volta nel 1962 . È composto da 238 amminoacidi per una massa molecolare di circa 27 kDa. Il cromoforo (centro attivo responsabile della fluorescenza) è costituito dalle catene laterali di una glicina , una tirosina e una serina .
La GFP non modificata, chiamata wild type ( wild type GFP , wGFP) ha due massimi di eccitazione. Il primo si trova con una lunghezza d' onda di 395 nm (luce UV), il secondo a 475 nm (luce blu). La lunghezza d'onda massima di emissione è 504 nm . È inoltre fotoeccitabile, il che significa che l'intensità della fluorescenza emessa viene intensificata dall'esposizione a fotoni ultravioletti, caratteristica persa nella maggior parte delle varianti successivamente prodotte.
Esistono ora diverse varianti della GFP che sono state ottenute modificandola attraverso l'ingegneria genetica. Ci sono anche altre proteine fluorescenti da organismi diversi da A. Victoria :
È stato dimostrato che la GFP fusa ad una proteina può favorire il ripiegamento di quest'ultima durante la sua espressione genica .
La proteina fluorescente verde può essere utilizzata come gene reporter . Associato ad un gene di interesse, permette l'osservazione diretta dell'espressione di questo gene nella cellula in microscopia a fluorescenza . Il gene che codifica per la proteina GFP è incorporato nel genoma dell'organismo, nella regione del gene che codifica per la proteina di interesse, e che sarà quindi controllata dalla stessa sequenza regolatoria. Nelle cellule in cui verrà espresso il gene e prodotta la proteina di interesse, verrà contemporaneamente sintetizzata la GFP. Pertanto, queste cellule diventeranno fluorescenti mentre quelle che non esprimono il gene di interesse rimarranno inerti alla luce della microscopia a fluorescenza .
L'osservazione della GFP non è invasiva: può essere osservata direttamente illuminando il campione con luce di una certa lunghezza d'onda. Inoltre, la GFP è una molecola relativamente piccola e inerte, che non sembra interagire con alcun processo biologico di interesse. Poiché GFP è un monomero , può diffondersi rapidamente attraverso le cellule. I geni reporter utilizzati prima della GFP, come la beta-galattosidasi, implicavano il "fissamento" (uccisione) dell'organismo o delle cellule in modo che potessero essere osservati, mentre la GFP si accumula nelle cellule viventi in tempo reale, il che consente di osservare i cambiamenti di espressione durante il sperimentare. Inoltre, consente di misurare la variazione tra individui (cellule) in un campione. Infine, PFM è ereditabile.
La scoperta della GFP e delle sue proteine derivate ha profondamente modificato la microscopia a fluorescenza e il suo utilizzo nella biologia cellulare. Mentre la maggior parte delle piccole molecole fluorescenti, come la fluoresceina, sono altamente tossiche se utilizzate nelle cellule viventi, le proteine fluorescenti come la GFP sono molto meno pericolose se illuminate nel campione. Ciò ha innescato lo sviluppo di sistemi automatizzati per il monitoraggio dell'espressione di altre proteine i cui geni sono stati collegati a quelli della GFP o di altre proteine simili. Questa tecnica può essere utilizzata in vitro o in vivo .
Nuove linee di ratti transgenici GFP vengono utilizzate per la ricerca nella terapia genica e nella medicina rigenerativa. Questo perché la maggior parte delle cellule etichettate con un gene reporter suscitano una risposta immunitaria quando vengono introdotte in un ospite. Le linee di ratto che esprimono GFP ad alto livello in tutte le loro cellule potrebbero servire come fonte di cellule da introdurre in un altro ospite, che ha meno probabilità di causare rigetto. La GFP è anche ampiamente utilizzata nella ricerca sul cancro, per contrassegnare e tracciare le cellule tumorali. Queste cellule sono state utilizzate per modellare la metastasi, il processo mediante il quale le cellule tumorali si diffondono ad altri organi.
Julian Voss-Andreae , artista di origine tedesca specializzato in "sculture proteiche", ha realizzato sculture basate sulla struttura GFP, tra cui la scultura alta 1,70 m intitolata Green Fluorescent Protein (2004) e la scultura Steel Jellyfish (2006), alta 1,40 m . Quest'ultimo è installato presso i Friday Harbor Laboratories dell'Università di Washington, dove la GFP è stata scoperta da Shimomura nel 1962.
Eduardo Kac , un artista che utilizza la PFM per le sue opere BioArt.