Au cours des deux dernières décennies, les méthodes basées sur la fluorescence à molécule unique sont devenues un outil puissant pour mesurer les biomolécules^1,2, sondant comment les différents paramètres biomoléculaires se distribuent ainsi que comment ils s’interconvertissent dynamiquement entre différentes sous-populations de ces paramètres à une résolution inférieure à la milliseconde^3,4,5. Les paramètres de ces techniques comprennent l’efficacité de transfert d’énergie dans les mesures FRET ⁶,⁷, l’anisotropie de fluorescence^8,9, les rendements quantiques de fluorescence et les durées de vie^10,11, en fonction de différents mécanismes de trempe de fluorescence¹² ou d’amélioration^13. L’un de ces mécanismes, mieux connu sous le nom d’amélioration de la fluorescence induite par les protéines (PIFE)¹⁴ introduit l’amélioration du rendement quantique de fluorescence et de la durée de vie en fonction de l’obstruction stérique à l’isomérisation libre du fluorophore à l’état excité, causée par des surfaces protéiques au voisinage du colorant^14,15, 16^,17,18,19 . Fret et PIFE sont considérés comme des règles spectroscopiques ou des capteurs de proximité puisque leur paramètre mesuré est directement lié à une mesure spatiale au sein de la biomolécule étiquetée sous mesure. Alors que l’efficacité FRET est liée à la distance entre une paire de colorants dans une plage de 3-10 nm²⁰, PIFE suit des augmentations dans les rendements quantiques de fluorescence ou les durées de vie liées à la distance entre le colorant et une surface d’une protéine voisine dans la gamme de 0-3 nm¹⁹.

Fret mono-molécule a été largement utilisé pour fournir des informations structurelles sur de nombreux systèmes protéiques différents, y compris les protéines intrinsèquement désordonnées (IDP)²¹, telles que α-Synucléine (α-Syn)²². α-Syn peut former des structures ordonnées suite à la liaison à différentes biomolécules et dans différentes conditions^{23,24,25,26,27,28,29,30}. Cependant, lorsqu’il n’est pas lié, le monomère α-Syn est caractérisé par une hétérogénéité conformationnelle élevée avec des conformations d’interconversion rapide^31,32.

Les conformations de α-Syn ont été étudiées précédemment en utilisant différentes techniques qui aident à identifier la dynamique conformationnelle de ces systèmes protéiques hautement hétérogènes et dynamiques^{33,34 , 35,36,37,38,39}. Fait intéressant, les mesures FRET (smFRET) à molécule unique de α-Syn dans le tampon ont rapporté une seule population FRET^39,40 qui est le résultat de la moyenne temporelle des conformations s’interconvertissant dynamiquement à des moments beaucoup plus rapides que le temps de diffusion typique de α-Syn à travers la tache confocale (des fois aussi rapide que quelques microsecondes et même plus rapide que cela, par rapport aux temps de diffusion typiques de la milliseconde)^{40, 41}. Cependant, l’utilisation d’une règle spectroscopique FRET avec la sensibilité de distance de 3 à 10 nm ne rapporte parfois que les changements structurels globaux dans une petite protéine telle que α-Syn. Les mesures à molécule unique utilisant des capteurs de proximité spectroscopiques avec des sensibilités de distance plus courtes ont le potentiel de rendre compte de la dynamique des structures locales. Ici, nous effectuons des mesures PIFE monomoléculeuses de α-Syn et identifions différentes sous-populations de durées de vie de fluorescence mappant à différentes structures locales avec des transitions entre elles aussi lentes que 100 ms. Ce travail résume les mesures smPIFE résolues dans le temps de molécules de α-Syn à diffusion libre une à la fois, dans un tampon et lorsqu’elles sont liées à des membranes à base de SDS en tant que capteur de proximité spectroscopique à molécule unique à courte portée.