生命学院王宏伟课题组发文报道目前利用冷冻电镜方法解析的最小分子量蛋白

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清华新闻网6月4日电  6月3日,生命学院教授王宏伟课题组及合作者在《自然·通讯》在线发表题为《分子量52千道尔顿的链霉亲和素蛋白的3.2埃分辨率冷冻电镜单颗粒三维重构》(Single particle cryo-EM reconstruction of 52 kDa streptavidin at 3.2 Angstrom resolution)的冷冻电镜方法学研究论文。该研究成果创造了利用冷冻电镜单颗粒方法解析至近原子分辨率生物大分子分子量最小记录。同时,该研究中发现了现有单颗粒样品中气液界面对蛋白分子颗粒性质影响的关键证据,对传统理论进行了有力的补充,也为未来方法学的发展起到积极的推动作用。


近年来,冷冻电镜(cryo-EM)单颗粒剖析技能(single particle analysis,SPA)成为结构生物学众多结构解析办法中异军突起的一支。目前的冷冻电镜单颗粒技能现已能较容易地将分子量大于300千道尔顿且生化性质稳定的蛋白质解析至近原子分辩率(约3 埃水平)。但由于小分子量蛋白质(一般为小于200千道尔顿)颗粒在冷冻样品中衬度缺少等原因,小分子量蛋白质的高分辩解析工作对目前的技能手段而言仍然是很大的挑战。针对冷冻电镜技能缺点,近年来一些新式电子光学硬件也开端投入运用,电压相位板(volta phase plate,VPP)是其间最具有代表性的新式硬件之一。电压相位板的运用可以大幅度地提升蛋白质颗粒在照片中的衬度,一起又可以保存有足够多的高分辩率结构信息用于后期三维重构。但目前还缺少对电压相位板的体系性研讨和运用经历,仍需要对该硬件的特性进行更具体地测试与开发,以期能广泛运用在小分子量蛋白解析工作中。

王雄伟实验室研讨团队结合从前开发的球差校正器-电压相位板联用冷冻电镜成像体系(Fan et al., 2017)及单层大单晶石墨烯载网(Zhang et al., 2017)的冷冻样品制备技能对分子量大小为52千道尔顿的链霉亲和素蛋白进行结构解析,分别得到了该蛋白结合与未结合小分子生物素两种状态近原子分辩率的结构。这也创造了使用单颗粒技能解析近原子分辩率蛋白结构的分子量最小值新纪录。研讨团队基于对数据的进一步发掘与剖析,推测该办法也可能适用于分子量小至39千道尔顿的蛋白质结构解析。最终,研讨团队还对链霉亲和素蛋白在气液界面和石墨烯外表的分布状态进行体系性研讨,证明吸附在亲水化石墨烯外表的蛋白分子免于气液界面形成的分子结构改变,保存有更完好的结构信息。该结果是对气液界面假定的有力支撑,一起也证明所建立的办法可以被更广泛地运用至小分子量蛋白质冷冻电镜研讨中。

王雄伟和清华大学冷冻电镜平台主管雷建林博士为该论文共同通讯作者。2014级生命学院博士生范潇、结构生物学高精尖立异中心王家博士为论文共同榜首作者。结构生物学高精尖立异中心张星博士、2018级博士生杨梓和赵玲云博士为课题的推进作出重要贡献。北京大学化学院彭海琳课题组博士生张金灿制备了大单晶石墨烯电镜载网。本研讨获得了清华大学冷冻电镜平台的大力支撑,所有的冷冻电镜数据均收集于国家蛋白质科学(北京)设备清华大学冷冻电镜平台,数据处理工作获得了国家蛋白质科学(北京)设备清华大学高性能核算平台的支撑。本工作获得了国家天然科学基金委、科技部、北京市科委和北京市结构生物学高精尖立异中心等的支撑。

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