北大團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新自組裝超結(jié)構(gòu)電鏡載網(wǎng)技術(shù) 顯著提升冷凍電鏡成像質(zhì)量
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院彭海琳課題組攜手合作者在冷凍電鏡技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，成功研發(fā)出基于石墨烯-硬脂酸分子自組裝層復(fù)合結(jié)構(gòu)(GSAMs)的冷凍電鏡載網(wǎng)。該研究成果以“Self-assembled superstructure alleviates air-water interface effect in cryo-EM”為題，發(fā)表在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上(2024,15, 7300)。
單顆粒冷凍電鏡作為揭示生物大分子精細(xì)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理的關(guān)鍵技術(shù)，在生命科學(xué)研究中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，傳統(tǒng)冷凍制樣過程中，生物蛋白分子容易吸附在氣液界面，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變性和優(yōu)勢(shì)取向問題，嚴(yán)重制約了高分辨率結(jié)構(gòu)解析的精度。為解決這一難題，彭海琳課題組與合作者創(chuàng)新性地提出了GSAMs載網(wǎng)技術(shù)，顯著抑制了氣液界面效應(yīng)，為冷凍電鏡成像開辟了新途徑。
GSAMs載網(wǎng)通過石墨烯與硬脂酸分子的自組裝行為，在液面上形成大面積自支撐的石墨烯薄膜。該復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅能夠有效降低蛋白分子在氣液界面的吸附，還豐富了蛋白分子在冰層中的取向，極大提升了冷凍電鏡成像的質(zhì)量。研究團(tuán)隊(duì)通過GSAMs載網(wǎng)成功實(shí)現(xiàn)了多種蛋白的高分辨率三維結(jié)構(gòu)解析，包括鏈霉親和素(分辨率達(dá)2.6?)、人體血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2-新冠病毒刺突蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域復(fù)合體(分辨率達(dá)3.3?)以及20S蛋白酶體(分辨率達(dá)2.0?)等，展示了該技術(shù)的強(qiáng)大潛力和廣泛應(yīng)用前景。
值得注意的是，GSAMs載網(wǎng)的制備方法簡(jiǎn)單易行，避免了傳統(tǒng)高分子輔助轉(zhuǎn)移法可能帶來的污染問題，且實(shí)現(xiàn)了懸空石墨烯電鏡支撐膜的批量制備，懸空膜完整度高達(dá)99.5%。這一創(chuàng)新不僅提升了冷凍電鏡成像的分辨率，還為生物大分子結(jié)構(gòu)的精確解析提供了有力支持。
彭海琳課題組與王宏偉課題組的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，為冷凍電鏡技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。此前，雙方已基于懸空石墨烯功能膜在冷凍電鏡成像的氣液界面控制、優(yōu)勢(shì)取向抑制、冰層控制及樣品漂移等方面取得了一系列重要成果。此次GSAMs載網(wǎng)的研發(fā)，再次彰顯了雙方在冷凍電鏡技術(shù)領(lǐng)域的深厚積累和創(chuàng)新能力。
隨著GSAMs載網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，相信將為生命科學(xué)領(lǐng)域的研究者提供更加高效、精準(zhǔn)的冷凍電鏡成像工具，推動(dòng)生物大分子結(jié)構(gòu)解析的進(jìn)一步發(fā)展。
素材來源：北京大學(xué)新聞網(wǎng)
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