我國科學家拓展冷凍電鏡解析生物大分子結構的分辨極限

2020-11-25 科學技術部

　　冷凍電鏡（cryo-EM）單顆粒分析技術已經成為結構生物學眾多結構解析方法中異軍突起的一支，在膜蛋白的結構解析中更是發揮著與日俱增的作用。目前的冷凍電鏡單顆粒技術已經能較容易地將分子量大於300千道爾頓且生化性質穩定的蛋白質解析至近原子解析度（約3 埃水平）。但由於小分子量蛋白質（一般為小於200千道爾頓）顆粒在冷凍樣品中襯度不足等原因，小分子量蛋白質的高分辨解析工作對目前的技術手段而言仍然是很大的挑戰。
　　在國家重點研發計劃「蛋白質機器與生命過程調控」重點專項的支持下，清華大學王宏偉教授團隊研發利用球差校正器-電壓相位板聯用冷凍電鏡成像系統，大幅度地提升了蛋白質顆粒在照片中的襯度，同時又保存了足夠多的高解析度結構信息用於後期三維重構。在此基礎上，利用自主研製的單層大單晶石墨烯載網來冷凍蛋白質樣品，使得吸附在親水化石墨烯表面的蛋白分子免於氣液界面造成的分子結構變化，保存了更完整的結構信息。結合兩種技術的優勢，分別得到了分子量大小為52千道爾頓的鏈黴親和素蛋白，以及在結合與未結合小分子生物素兩種狀態的近原子解析度結構，創造了利用單顆粒技術解析近原子解析度蛋白結構的分子量最小值新紀錄，拓展了該技術的應用極限。
　　這一重要研究成果不僅提供了現有單顆粒樣品中氣液界面對蛋白分子顆粒性質影響的關鍵證據，對傳統理論進行了有力的補充，還為未來方法學的發展起到了積極的推動作用，研究成果2019年6月3日在《自然·通訊》雜誌在線發表。


52 kDa鏈黴親和素蛋白原始數據及三維重構示意圖

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