全球通訊！科學(xué)家用新的無細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)晶方法推進(jìn)結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展

【資料圖】

CFPC過程的示意圖，使用小麥胚芽蛋白合成試劑盒合成多面體單體（PhM），并進(jìn)一步結(jié)晶為納米級多面體晶體。資料來源：Takafumi Ueno教授

我們大多數(shù)人都熟悉某些晶體，如鹽和糖，我們在日常生活中使用這些晶體。然而，還有一組隱藏在肉眼之外的晶體，對我們的生物學(xué)至關(guān)重要。在活細(xì)胞中，微觀的蛋白質(zhì)晶體幫助維持免疫系統(tǒng)激活、蛋白質(zhì)儲存和保護(hù)等過程。

科學(xué)家們開發(fā)了細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)結(jié)晶（ICPC）方法，以更好地了解蛋白質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系。這種方法可以直接觀察活細(xì)胞中的蛋白質(zhì)晶體，確保高質(zhì)量的晶體，而不需要純化過程或復(fù)雜的篩選方法。然而，盡管它有許多優(yōu)勢，但由于在活細(xì)胞中形成的晶體沒有分析所需的大小和質(zhì)量，所以報告的結(jié)構(gòu)很少。因此，由東京理工大學(xué)的Takafumi Ueno教授領(lǐng)導(dǎo)的一個日本科學(xué)家團(tuán)隊旨在開發(fā)一種更好的方法。而最近，他們?nèi)〉昧送黄菩赃M(jìn)展。

多面體晶體（PhCs）的掃描電子顯微鏡圖像和尺寸分布直方圖顯示了隨時間變化的CFPC過程中的不同點。資料來源：Takafumi Ueno教授

在他們將于今天（10月3日）發(fā)表在《科學(xué)報告》上的文章中，該團(tuán)隊報告了一項技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)將使蛋白質(zhì)結(jié)晶和分析更加高效和有效。這種技術(shù)--無細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)晶（CFPC）方法--是體外蛋白質(zhì)結(jié)晶和ICPC的混合體，可以快速直接形成蛋白質(zhì)晶體，而不需要復(fù)雜的結(jié)晶和純化方法。

"ICPC有望成為晶體結(jié)構(gòu)分析的一個重要工具，但我們需要一種方法來獲得分辨率更高的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。因此，我們專注于利用CFPC建立高質(zhì)量的蛋白質(zhì)結(jié)晶，并進(jìn)行小規(guī)模的快速反應(yīng)，"上野教授說，他也是東京理工大學(xué)上野實驗室的負(fù)責(zé)人。該實驗室的成員研究自然發(fā)生的蛋白質(zhì)組合，它們的結(jié)構(gòu)和功能，旨在應(yīng)用這些知識來開發(fā)創(chuàng)新的生物技術(shù)和能源解決方案。(進(jìn)行當(dāng)前研究的研究小組中的一些科學(xué)家也是上野實驗室的成員）。

研究小組使用了一個小麥胚芽蛋白合成試劑盒，這是一種用于合成多面體單體的工具，多面體單體是一種在昆蟲細(xì)胞中通過Hypovirus感染產(chǎn)生的病毒蛋白。然后使用新的CFPC方法對這種蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)晶，從而形成納米級的多面體晶體（PhCs）。科學(xué)家們可以在6小時內(nèi)有效地完成這一過程，期間只用了20微升的反應(yīng)混合物。掃描電子顯微鏡圖像表明，PhCs具有極佳的純度，這使得他們能夠以高達(dá)1.95?（或1.95?）的分辨率確定其結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步探索他們新系統(tǒng)的能力，研究人員對結(jié)晶包涵蛋白A（CipA）進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，其結(jié)構(gòu)被確定為2.11?的高分辨率，這在這項研究之前從未被報道過。

這項工作是結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的一次重大飛躍，因為它提出的方法將使人們能夠分析無法通過傳統(tǒng)方法研究的不穩(wěn)定和低產(chǎn)量的蛋白質(zhì)。這項技術(shù)還旨在幫助開發(fā)小規(guī)模和快速蛋白質(zhì)結(jié)晶和分析的先進(jìn)技術(shù)。"上野教授總結(jié)說："由我們的方法產(chǎn)生的高質(zhì)量蛋白質(zhì)晶體將擴(kuò)大結(jié)構(gòu)測定的范圍，并為我們提供對活細(xì)胞復(fù)雜環(huán)境的有用和前所未有的洞察力。"