基於冷凍電鏡的新技術MicroED解析1.4埃晶體結構

2020-12-05 儀器信息網

　　Alpha-突觸核蛋白(Alpha-synuclein)是路易小體(Lewy body)的主要成分，與帕金森病和其他神經退行性病變密切相關。日前，科學家們使用尖端技術MicroED(micro-electron diffraction)解析了Alpha-突觸核蛋白的毒性核心，獲得了解析度超高的晶體結構。程亦凡博士在九月九日的Nature雜誌上發表文章，探討了這一重大進展在結構生物學中的意義。

　　程亦凡博士是加州大學舊金山分校的副教授，他原本是物理學博士，後來改用物理學方法研究生物問題。 近來程博士在冷凍電鏡方面陸續發表了多項重要成果，受到了廣泛的關注。2015年，程亦凡博士成為了霍華德·休斯醫學研究所的研究員。

　　Alpha-突觸核蛋白的毒性核心由11個殘基組成，被稱為NACore。NACore可以形成有序的三維晶體，但這種晶體實在太小，光學顯微鏡觀察不到，也難以進行X射線衍射。於是研究人員採用了以冷凍電鏡(cryo-EM)為基礎的新技術，MicroED。

　　用冷凍電鏡進行結構分析時，需要在液氮溫度下瞬間冷凍蛋白質懸液，讓蛋白質分子周圍的水分保持類似液體的狀態，然後再通過成像解析蛋白分子的三維結構。隨著硬體設備和軟體算法等方面的突破，不依賴結晶的冷凍電鏡技術越來越受到結構生物家的重視。

　　MicroED主要通過電子衍射來確定微小晶體的3D結構。這種技術最初發表在2013年底的eLife雜誌上，並被《Nature Methods》雜誌評為2015年最值得關注的技術之一。令人驚嘆的是，MicroED在這項研究中的解析度高達1.4埃。

　　程亦凡博士指出，這是人們首次用MicroED確定未知的分子結構，而1.4埃是迄今為止冷凍電鏡達到的最高解析度。這項研究展示了MicroED在結構生物學領域的巨大應用潛力。不過MicroED也有自己的局限，比如晶體結構解析中的相位問題(phase problem)。此外，MicroED很可能對晶體大小也有限制，強散射會令大晶體難以被電子束穿過。儘管如此，MicroED為結構生物學家提供了一個前景廣闊的新工具，可以彌補現有技術的不足。


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