《Cell | 开发时间分辨冷冻电镜新方法并捕捉原核核糖体回收动态》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-01-20
  • 2024年1月19日,哥伦比亚大学的Joachim Frank研究组在Cell上发表了题为Time resolution in cryo-EM using a PDMS-based microfluidic chip assembly and its application to the study of HflX-mediated ribosome recycling的文章。

    冷冻电子显微镜技术已成为一种高分辨重构生物分子结构的强大技术。但这种方法本身样品制备(blotting method)速度太慢,无法抓捕构象变化及其动态过程,因为它需要将含有生物分子的样本溶液移到电镜载网上,吸干多余的液体,然后将载网放入冷冻剂中——这一过程至少需要几秒钟。

    该研究通过开发一种新型时间分辨冷冻电镜方法解决了上述这一缺点。通过这种方法,含有生物分子的两个样品通过微混合器快速混合,然后在微反应器中精确控制反应时间,该时间段在数十到数百毫秒的时间范围内。然后所得反应产物经由微喷雾器雾化以微液滴的形式喷射到载网网格上并快速冷冻。文章中介绍的最新微流体芯片装置由冯相松博士设计,其中涉及主要材料由微纳流控领域常用PDMS制成。这种模块化微流控装芯片配体中微混合器和微喷雾器两个模块是通过微/纳米加工高精度成型,另一模块微毛细管作为微反应器连接微混合器和微喷雾器,用于控制反应时间。通过控制微反应器的体积,反应时间可以达到10ms的分辨率。

  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867423014010
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  • 《PNAS刊发海洋试点国家实验室冷冻电镜分辨率提高的新技术与新方法》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2022-02-23
    • 近日,国际著名综合类科学期刊PNAS(美国科学院院刊)在线发表了题为“Annealing synchronizes the 70S ribosome into a minimum-energy conformation(退火同步化70S核糖体至其能量最低态)”的最新研究成果,海洋试点国家实验室海洋生物与生物技术功能实验室成员沈庆涛教授为该研究的独立通讯作者。 伴随着电子显微镜设备的日趋完善,直接检测电子相机的广泛使用以及新型重构算法的接连出现,生物大分子的高分辨率结构解析已经不再受限于冷冻电镜硬件与重构算法,愈发取决于生物大分子自身的性质与状态。 沈庆涛研究团队引入了物理学中“退火”的概念,对研究对象“70S核糖体”采取先加热后降温的处理,利用冷冻电镜的高分辨率解析能力,通过精细化比较退火前/后70S核糖体的构象变化,结果发现:退火促使70S核糖体从介于nonrotated与fully rotated的中间态变为nonrotated状态,核糖体构象趋于同步化;同步化的核糖体处于全局自由能最低状态;退火使得70S核糖体的解析分辨率得到大幅度提高(从5.2 Å提高到3.7 Å)。该研究成果首次提出并证明了退火对于冷冻电镜分辨率的提高具有非常高的普适性,也为冷冻电镜高分辨结构解析提供新的研究方向。 该论文的冷冻电镜数据收集工作全部由海洋试点国家实验室分子生物平台海洋生物冷冻电镜中心完成,数据分析工作也得到了海洋生物冷冻电镜中心的全力支持。该论文的发表标志着海洋生物冷冻电镜中心已具备支撑产出一流科研成果的能力。 作为山东省内首个冷冻电镜中心,以及首个聚焦海洋生命科学的冷冻电镜中心,该中心前瞻性的科研设施布局和技术团队的专业服务为论文的顺利完成保驾护航。目前,该中心已全面开展对外开放共享,为用户提供样品制备与观测、数据收集及解析等服务(机时申请链接http://www.qnlm.ac/page?a=14&b=3&c=275&p=detail)。 该论文由上海科技大学、海洋试点国家实验室和复旦大学等单位的相关学者合作完成,研究工作得到了科技部重点研发计划(2017,2018,2021)和国家自然科学基金面上项目(2019)等项目的资助。 文章链接:https://www.pnas.org/content/119/8/e2111231119
  • 《Nature︱G蛋白偶联受体激活的时间分辨冷冻电镜结构》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-03-16
    • 2024年3月13日,斯坦福大学医学院等机构的研究人员在Nature上发表了题为Time-resolved cryo-EM of G-protein activation by a GPCR的文章。 G蛋白偶联受体(GPCRs)通过刺激Gα亚基中的鸟嘌呤核苷酸交换来激活异三聚体G蛋白。为了可视化这一机制,该研究开发了一种时间分辨的冷冻电镜(cryo-EM)方法,该方法检查了GPCR-G蛋白复合物预稳态中间体的进展。 通过在GTP添加后短时间内连续监测与β2肾上腺素受体复合的刺激性Gs蛋白的转变,研究人员确定了G蛋白激活和从受体功能性解离下的结构轨迹。沿此轨迹生成的二十个结构来自连续重叠的粒子子集,与对照结构相比,提供了高分辨率描述,揭示了响应GTP结合驱动G蛋白激活的主要事件的顺序。结构变化从核苷酸结合口袋传播并延伸至GTP酶结构域,对Gα开关区域和α5螺旋进行改变,从而削弱了G蛋白-受体界面。使用冷冻电镜轨迹后期结构的分子动力学模拟支持,GTP有序性的增强与α螺旋结构域对核苷酸结合的Ras同源结构域的闭合相对应,这与α5螺旋的不稳定性和G蛋白最终从GPCR解离相关。这些发现还突出了时间分辨的冷冻电镜作为解析GPCR信号事件机制的工具的潜力。