Mécanismes moléculaires permettant de rendre la fluorescence d’indicateurs - codés génétiquement - sensible au potentiel membranaire. La partie supérieure de la figure illustre la configuration moléculaire des indicateurs lorsque la membrane est hyperpolarisée, et la partie inférieure, lorsque la membrane est dépolarisée. A. Un premier mécanisme possible utilise une protéine de fusion comprenant une protéine fluorescente (FP) et un domaine transmembranaire sensible au potentiel (DTMV). Lors d’une dépolarisation, le changement de conformation induit une diminution de l’émission de lumière par la protéine fluorescente. B. Une seconde possibilité consiste en une protéine de fusion comprenant un domaine sensible au potentiel et une paire de protéines fluorescentes permettant une émission fluorescente par transfert d’énergie par résonance de type Förster (FRET, Förster resonance energy transfer) entre les deux fluorophores lors d’une dépolarisation membranaire. C. La troisième approche repose sur l’utilisation d’opsines bactériennes. Parmi ces constructions moléculaires, Arch (archaerhodopsin) montre une fluorescence intrinsèque sensible aux variations du potentiel due à un transfert de proton. À un potentiel dépolarisé, l’opsine comprend une base de Schiff (double liaison carbone azote, l’azote étant lié à un groupe aryle ou alkyle) protonée. Dans cette configuration l’opsine absorbe fortement les longueurs d’ondes d’excitation et l’émission de fluorescence augmente. À un potentiel hyperpolarisé, aucune fluorescence n’est émise. D. La quatrième approche comprend des indicateurs utilisant le FRET entre une protéine fluorescente et une opsine. Lorsque la membrane est dépolarisée, l’opsine est protonée, il n’y a pas de transfert d’énergie par FRET et aucune fluorescence n’est émise par la protéine annexe. DTM : domaine transmembranaire.