新技术探测重要和难以捉摸的蛋白质

人体中的蛋白质数量众多，统称为蛋白质组。在我们的细胞，组织和器官中，约有80,000至400,000种蛋白质在循环，执行着生命所必需的各种任务。当蛋白质出现问题时，它们会导致多种严重疾病。

现在，美国生物科学应用结构研究中心和美国亚利桑那州立大学分子科学学院的研究人员及其同事共同研究了装饰细胞外膜的一类至关重要的蛋白质。此类膜蛋白通常充当结合分子的受体，引发可通过多种方式改变细胞行为的信号。

这项新的研究描述了一种新的获取膜蛋白结构数据的新方法。使用了突破性的工具-低温电子显微镜(或cryo-EM)方法。此外，所谓的LCP结晶和微晶电子衍射(MicroED)的使用有助于揭示蛋白质的结构细节，而这些细节在传统方法(如X射线晶体学)中几乎无法获得。

该发现描述了使用MicroED首次使用嵌入LCP的微晶来揭示高分辨率蛋白质结构的细节。这项新的研究涵盖了当前出版的Cell Press杂志的结构。

“这项新研究的通讯作者刘炜表示，LCP在膜蛋白结晶方面取得了巨大的成功。” LCP-MicroED的新广泛应用为从挑战性蛋白靶标确定结构的改进方法提供了希望。这些结构蓝图可用于从更精确的见解中促进新的治疗药物设计。”

一类特别令人关注的膜蛋白是G蛋白偶联受体(GPCR)，它构成了包括人类在内的真核生物中发现的最大，种类最多的一组膜受体。

GPCR的生理活性非常重要，因此它们是各种治疗药物的主要靶标。然而，这就是问题所在，因为确定膜蛋白的详细结构(准确进行药物设计的重要前提)通常会带来巨大挑战。

X射线晶体学技术已用于研究许多蛋白质的原子尺度结构，甚至动态行为。在这里，被研究蛋白质的结晶样品被X射线束撞击，形成衍射图样，出现在屏幕上。组装成千上万个衍射快照，可以借助计算机组装高分辨率的3D结构图像。

然而，包括GPCR在内的许多膜蛋白并不能形成适合X射线晶体学的大而有序的晶体。此外，这类蛋白质是易碎的，并且容易被X射线辐射破坏。要解决该问题，需要使用称为X射线自由电子激光器或XFELS的特殊设备，它们可以发出仅持续飞秒的出色X射线光突发(飞秒等于1亿分之一秒或大约1亿分之一秒)。光线穿过病毒的直径的时间)。连续飞秒X射线晶体学技术允许研究人员在破坏结晶样品之前获得折射图像。

然而，许多膜蛋白的结晶仍然是极其困难和不精确的技术，并且在世界上仅存在这些巨大的XFEL机器中的少数。

进入低温电子显微镜和MicroED。这项突破性的技术涉及在薄薄的冰薄板上冻结蛋白质晶体，然后使它们经受电子束。就像在X射线晶体学中一样，该方法使用衍射图样来组装最终的详细结构，这次是从电子而不是X射线。

MicroED擅长从太小和不规则的晶体收集数据，而无法用于常规X射线晶体学。在这项新研究中，研究人员串联使用了两种先进技术，以产生两种重要模型蛋白的高分辨率衍射图：蛋白酶K和A2A腺苷受体，其功能包括调节大脑中的神经递质，心脏血管舒张和T-细胞免疫反应。

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