這種被稱為低溫電子顯微鏡(cryo-EM)的成像方法使研究人員能夠以前所未有的細(xì)節(jié)水平來(lái)觀察生物分子的形狀。現(xiàn)在，由索爾克研究所和佛羅里達(dá)大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組報(bào)告了他們?nèi)绾问褂玫蜏仉娮语@微鏡來(lái)顯示一種名為AAV2的病毒的結(jié)構(gòu)，從而提高了該技術(shù)的能力和該病毒作為基因治療載體的潛力。

索爾克大學(xué)的助理教授、結(jié)構(gòu)生物學(xué)家、該研究的共同高級(jí)作者德米特里·呂姆基斯說(shuō):“說(shuō)這是該領(lǐng)域迄今為止取得的最好的低溫電子顯微鏡結(jié)構(gòu)之一，這并不夸張。”“我們應(yīng)用了許多以前只在理論上描述過(guò)的不同程序。我們第一次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，它們可以顯著提高這種成像的質(zhì)量。

研究人員利用幾項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)建了AAV2(腺相關(guān)病毒血清型2的縮寫)變體的三維表示，其分辨率比以往任何時(shí)候都要高得多。這項(xiàng)研究發(fā)表在2018年9月7日的《自然通訊》(Nature Communications)雜志上。該研究正在推進(jìn)低溫電子顯微鏡的方法應(yīng)用，同時(shí)也有助于開發(fā)更好的基因療法，包括治療某些遺傳性失明、血友病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

低溫電子顯微鏡讓研究人員得以窺探微小結(jié)構(gòu)的內(nèi)部運(yùn)作，并正在改變我們對(duì)生物分子及其機(jī)制的理解。在目前的工作中，作者證明了該技術(shù)確實(shí)能夠達(dá)到分辨率，幾乎可以達(dá)到單個(gè)原子的水平。它還使研究人員能夠獲得整個(gè)蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，而不僅僅是蛋白質(zhì)的一部分。

在這項(xiàng)新的研究中，索爾克的研究人員集中研究了AAV2病毒的一種變體，這種變體的一種氨基酸發(fā)生了特殊的變化。這個(gè)版本很有趣，因?yàn)樗绕渌恍〢AVs的傳染性更低，并且正在研究它在病毒生命周期中的重要意義。這項(xiàng)新研究揭示了包裹DNA的病毒門戶的關(guān)鍵變化，從而為它與其他病毒的不同之處提供了結(jié)構(gòu)性解釋。

這類研究將為基因治療的應(yīng)用提供信息，在這種應(yīng)用中，一種疾病的糾正基因被攜帶在病毒中，病毒將該基因傳遞給細(xì)胞。目前正在研究基因治療由單個(gè)突變引起的許多疾病，包括Leber先天性黑內(nèi)障、Duchenne肌營(yíng)養(yǎng)不良、鐮狀細(xì)胞性貧血、交界性大皰性表皮松解和血友病等。

“最終，這類研究對(duì)于理解這些不同病毒及其感染的細(xì)胞類型之間的相互作用具有重要意義，”該研究的第一作者之一、Lyumkis實(shí)驗(yàn)室的研究助理Sriram Aiyer說(shuō)。“這對(duì)于進(jìn)一步了解人類免疫系統(tǒng)及其如何識(shí)別病毒非常重要。”

主任教授畫眉鳥類Agbandje-McKenna佛羅里達(dá)大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心和報(bào)紙的文章的第二作者,補(bǔ)充說(shuō),“這項(xiàng)技術(shù)將成為發(fā)展特別重要更清楚的了解這些病毒與人體免疫系統(tǒng)交互,這是剩余的一個(gè)主要障礙,利用這些病毒在基因治療應(yīng)用程序。”

AAV2的尺寸和形狀使其成為當(dāng)前低溫電鏡分析的理想材料。Lyumkis說(shuō):“由于這種病毒具有高度的對(duì)稱性，它給了我們更多的實(shí)惠。”“我們能夠獲得60倍以上的信息，這使我們能夠應(yīng)用新的計(jì)算技術(shù)，更好地重建分子，這將擴(kuò)展到許多未來(lái)的高分辨率低溫電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)。”

Lyumkis說(shuō)，這項(xiàng)研究中展示的數(shù)據(jù)生成技術(shù)表明，使用較低電壓的顯微鏡來(lái)推斷研究結(jié)果是可能的。在未來(lái)，這將使研究人員能夠使用成本更低的新型低溫電子顯微鏡。“低溫電子顯微鏡非常昂貴，目前沒有多少機(jī)構(gòu)擁有它們。這些發(fā)現(xiàn)將有助于向幾乎所有從事結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開放這一領(lǐng)域，”他指出。

論文中的其他研究人員是哥倫比亞大學(xué)的譚永子;佛羅里達(dá)大學(xué)的Mario Mietzsch, Joshua A. Hull和Robert McKenna;來(lái)自北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的喬舒亞·格里格和r·裘德·薩穆斯基;加州大學(xué)圣地亞哥分校的蒂莫西s貝克(Timothy S. Baker)。