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        傾斜的顯微鏡技術更好地揭示了蛋白質結構
        
			
        
				2019-06-13 09:12:21
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        在冷凍EM實驗期間將蛋白質樣品置于電子顯微鏡下的常規(guī)方法在獲得蛋白質結構的最佳圖像時可能會失敗。根據Salk領導的一項新研究，在某些情況下，傾斜一片冷凍蛋白質 - 在顯微鏡下放置10到50度 - 提供更高質量的數據，并可以更好地了解各種疾病。科學家Dmitry Lyumkis。
        

        傾斜的顯微鏡技術更好地揭示了蛋白質結構
        

        “人們之前曾試圖實施傾斜，但存在很多挑戰(zhàn)，”Salk研究所的Helmsley-Salk研究員，新作品的高級作者Lyumkis在7月3日出版的“自然方法”雜志上說。“我們用新的方法消除了許多這些問題。”
        

        Cryo-EM或低溫電子顯微鏡是透射電子顯微鏡的一種形式，其中樣品在顯微鏡下成像之前快速冷卻至低于冰點。與通常用于確定蛋白質結構的其他方法不同，冷凍EM使蛋白質保留在其成像的天然構象中，這可以揭示有關結構的新信息。了解蛋白質的結構是開發(fā)新的疾病治療方法的重要一步，例如艾滋病病毒。
        

        長期以來，研究人員一直認為，蛋白質在整個冷凍網格中采用隨機構象，為冷凍EM實驗做好準備，這意味著通過拍攝足夠的圖像，研究人員可以從所有成像方向整合出蛋白質形狀的完整3D圖像。但是對于許多蛋白質來說，這種方法似乎不足，而且部分蛋白質的結構仍然缺失。
        

        “研究人員開始認為冷凍EM網格上的蛋白質畢竟不采用隨機構象，而是以優(yōu)選方向粘在樣本網格的頂部或底部，”Lyumkis說。“因此，我們可能無法全面了解蛋白質的結構。更重要的是，這種行為可以完全禁止選擇蛋白質樣品的結構測定。”
        

        為了理解這個問題，想象一下，試著看看十幾個錫罐的陰影來弄清楚它們的形狀，但只能看到圓圈，因為所有的罐頭都是直立的。通過制作光束或電子束，在低溫EM的情況下，以一定角度撞擊樣品，您將能夠更好地看到真實的形狀。
        

        當研究人員過去曾試圖在顯微鏡下傾斜樣品時，它們受到分辨率不佳的限制：一個角度意味著電子束必須穿過更厚的網格。當樣本傾斜時，樣本也更有可能在凍結網格內移動，從而模糊了數據。從技術上講，分析傾斜樣品的數據也更具挑戰(zhàn)性，因為低溫EM方法的設計假設含有蛋白質的網格始終與顯微鏡的距離相同。
        

        為了應對這些挑戰(zhàn)，Lyumkis和他的同事改變了用于創(chuàng)建低溫EM網格的材料，記錄了他們的數據電影而不是靜態(tài)圖像，并開發(fā)了新的計算方法來分析信息。
        

        當他們測試流感血凝素蛋白的新方法時，該團隊發(fā)現傾斜樣本給出了更完整的數據集，這是一種眾所周知的硬蛋白，可以用冷凍EM來表征。當蛋白質樣品是扁平的時，典型的算法會為蛋白質引入假陽性形狀，而實驗數據則沒有這種形狀。當它傾斜時，情況并非如此。
        

        “由于我們傾斜時數據采集的幾何形狀，我們填充了更多的數據表征分子，讓我們更完整地了解蛋白質的形狀”Lyumkis說。
        

        Lyumkis和他的團隊開發(fā)的算法 - 包括分析低溫EM實驗是否會引入不良數據的方法，以及解釋傾斜實驗的方法 - 現在已公開可用。他們希望其他研究人員開始使用它們，并且它成為低溫EM結構驗證的標準度量標準(因為大多數實驗得出的結構在不同程度上都會丟失信息)。
        

        “我們現在關注的一個想法是，數據收集是應該總是以傾斜而不是傳統(tǒng)的方式進行，”Lyumkis說。“它不會受到傷害，它應該會有所幫助。”
        
			

			
          
        
			
        
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