La principale application de l'imagerie de fluorescence fait appel à un gène rapporteur qui fait intervenir la protéine GFP (Green Fluorescent Protein) pour produire un signal lumineux vert fluorescent lorsque les cellules expriment une certaine protéine. Toutefois il faut éclairer l'organisme étudié par un éclairage ultra-violet et il faut un capteur sensible pour détecter l'émission de cette lumière fluorescente.
Des chercheurs japonais, Hideto Hoshino et Yoshihiro Nakajima du "Cell Dynamics Research Group, the Research Institute for Cell Engineering" de l'AIST (Advanced Industrial Science and Technology) et Yoshihiro Ohmiya de la faculté de médecine de l'université d'Hokkaido viennent de développer une nouvelle technologie pour améliorer l'efficacité de la GFP et produire l'émission fluorescente sans apport extérieur de lumière ultra-violette.
En effet si l'émission de fluorescence nécessite un éclairage par ultra-violet pour apparaître, certains êtres vivants tels que la luciole (firefly) émettent spontanément de la lumière par un phénomène appelé bioluminescence. La bioluminescence, définie par une émission de lumière chez des organismes vivants, résultant de processus physiologiques, est due à l'émission de photons par une molécule organique (luciférine) excitée à la suite d'une réaction d'oxydation catalysée par une enzyme (luciférase).
D'autres organismes tels que la méduse du type Aequorea Victoria, possèdent une photo-protéine, l'aequorine qui lorsqu'elle est liée à la GFP (système aequorine-GFP) produit d'abord une émission lumineuse correspondant à la lumière bleue produite par catalyse par l'aequorine purifiée et ensuite une émission de fluorescence dans le vert par un mécanisme de transfert d'énergie appelé BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer).
En s'inspirant du modèle physiologique de la méduse Aequorea Victoria, les chercheurs japonais ont donc combiné la protéine GFP et l'enzyme luciférase pour produire un système GFP-luciférase qui s'auto illumine en présence de luciférine et ne nécessite donc pas de source d'éclairage par ultra-violet. Les chercheurs ont extrait la luciférase Renilla de Renilla Reniformis (pansée de mer) et l'ont ensuite combinée par l'intermédiaire d'un peptide optimisé pour cette fonction, à de la GFP. Les chercheurs ont appelé ce complexe protéique "BRET-based auto-illuminating fluorescent protein" (BAF) dont l'autoluminescence n'est obtenue qu'en présence de luciférine. Les chercheurs ont préparé 3 variantes de la GFP et obtenu ainsi 3 types de BAF dont le spectre d'émission varie selon le type de GFP utilisé. L'intensité de l'émission ainsi obtenue est 4 fois plus forte que celle due à l'interaction luciférase-luciférine seule.
Les chercheurs ont aussi conçu un microscope à bioluminescence AB3000B Cellgraph (ATTO) et pu observer grâce à ce microscope spécial l'autoluminescence du complexe BAF fusionné à une protéine (histone H2AX) dans la chromatine du noyau d'une cellule vivante, donnant ainsi une image du noyau de chacune des cellules observées.
