نانومواد

تجسم اتمهای منفرد با Cryo-EM تک ذره رکوردهای رزولوشن

تجسم اتمهای منفرد با Cryo-EM تک ذره رکوردهای رزولوشن

 

تجسم اتمهای منفرد با Cryo-EM تک ذره رکوردهای رزولوشن A . (الف) وضوح محلی ؛ (ب) جیب آگونیست که هماهنگی هیستامین و مولکول های آب را نشان می دهد ؛ (ج) گلیکان پیوند یافته N ؛ (د) شبکه پیوند هیدروژن نشان داده شده است توسط نقشه تفاوت (قله های سبز). ” width = “700” height = “218” />
عکسهای فوری گیرنده GABA A (الف) قطعنامه محلی ؛ (ب) جیب آگونیست که هماهنگی هیستامین و مولکول های آب را نشان می دهد. (ج) گلیکان N- پیوند یافته. (د) شبکه پیوند هیدروژنی که توسط نقشه تفاوت نشان داده شده است (قله های سبز).

تجسم اتمهای منفرد با Cryo-EM تک ذره رکوردهای رزولوشن نگاهی به آرایش دقیق سه بعدی اتم ها در داخل یک پروتئین به ما کمک می کند تا بفهمیم چگونه این پروتئین می تواند عملکردهای خود را انجام دهد. گرچه میکروسکوپ الکترونی برودتی (cryo-EM) به سرعت به عنوان یک تکنیک مهم زیست شناسی ساختاری در سالهای اخیر توسعه یافته است ، بلورشناسی اشعه ایکس تنها تکنیک قادر به تجسم اتمهای منفرد بوده است. گروه های Radu Aricescu و Sjors Scheres در آزمایشگاه MRC زیست شناسی مولکولی ، با همکاری دانشمندان Thermo Fisher Scientific و جاهای دیگر ، اکنون توانسته اند برای اولین بار در یک تصویر Cryo-EM سه بعدی ، اتمهای پروتئین فردی را حل کنند.

دانشکده ها : این همکاری در اوایل سال ۲۰۱۹ آغاز شد ، زمانی که Radu و Abhay Kotecha ، یکی از محققان Thermo Fisher Scientific ، می خواستند سخت افزار Cryo-EM جدید را روی غشای کوچک آزمایش کنند پروتئین نمونه. گیرنده های GABAA ، که بیش از یک دهه تمرکز تحقیق در Radu بود ، به این دلیل انتخاب شدند که بالاترین سطح رزولوشن به نظر می رسید با استفاده از بهترین فن آوری موجود حدود ۲٫۵ Ångströms (Å) به حد مجاز رسیده باشد ، اما وضوح بالاتر برای طراحی بهتر دارو به وضوح مورد نیاز بود.

رزولوشن اتمی چیست؟

وضوح معمولاً در Ångströms گزارش می شود ، واحدی از طول که یک ده میلیاردم متر یا ۰٫۱ نانومتر است و به کمترین فاصله ای گفته می شود که دو جسم از یکدیگر جدا هستند.

طول پیوند کربن-کربن معمولی ۱٫۵ Å است. پیوندهای دیگر در پروتئین ها کمی کوتاه تر است. بنابراین ، با پایین آمدن رزولوشن به ۱٫۲ Å ، دیدن اتمهای منفرد درون یک پروتئین ، دستیابی به وضوح اتمی . p >

ضمن آزمایش پیشرفت های سخت افزاری جدیدی که شامل منبع الکترون تفنگ انتشار میدان سرد ، فیلتر انرژی جدید و دوربین جدید بود ، تیم همچنین مجبور شد استراتژی های جدید پردازش را توسعه دهد. الگوریتم هایی برای اصلاح انحرافات نوری که قبلاً توسط جاسنکو ژیوانف در گروه Sjors ساخته شده بود ، و همچنین الگوریتمی پیشنهاد شده توسط کریس روسو و ریچارد هندرسون ، نقش مهمی در فشردن بیشترین اطلاعات از تصاویر داشتند.

پس از دریافت تصاویر جمع آوری شده روی سخت افزار میکروسکوپ جدید توسط Abhay Kotecha در Thermo Fisher Scientific در آیندهوون ، هلند ، Takanori Nakane ، فوق دکترای گروه Sjors ، به همراه سایر اعضای Radu’s یک گردش کار مطلوب در RELION و Andrija Sente ایجاد کرد. گروه ، از این گردش کار برای پردازش تصاویر گیرنده GABAA استفاده می کند ، در حالی که نتایج را برای بهینه سازی سریع تنظیمات میکروسکوپ باز می گرداند. یک سیستم ذخیره سازی اطلاعات با ظرفیت بالا و جدید که توسط جیک گریمت و توبی دارلینگ در تیم محاسبات علمی LMB ساخته شده است پشتیبانی مهمی را برای مدیریت تقریباً یک ترابایت داده تولید شده ارائه می دهد. این تلاش تیمی مداوم منجر به ایجاد ساختار گیرنده GABAA با رزولوشن بی سابقه ۱٫۷ شد.

این بهترین وضوح تصفیه شده است که با استفاده از کریو EM برای هر نمونه پروتئین غیر از پروتئین آپوفریتین بدست آمده است. از آپوفریتین معمولاً به عنوان معیاری برای Cryo-EM استفاده می شود ، زیرا ثبات مولکولی و تقارن ۲۴ برابر آن امکان بازسازی با وضوح بالا از ذرات نسبتاً کمی را فراهم می کند.

با استفاده از سخت افزارهای جدید و استراتژی های پردازش ، تیم قادر به بدست آوردن ساختار آپوفریتین با وضوح ۱٫۲۲، ، ضرب و شتم رکورد قبلی ۱٫۵۳ to به عنوان بالاترین وضوح ساختار Cryo-EM تک ذره ای بود که تاکنون بدست آمده است. چشمگیرترین ، این وضوح امکان تجسم اتمهای هیدروژن منفرد ، حتی روی مولکولهای آب درون ساختار پروتئین را فراهم می کند. تجسم شبکه های پیوند هیدروژنی در داخل ساختارهای پروتئینی و در جیب های اتصال دارو به محققان این امکان را می دهد تا نحوه کار آنها را بهتر بشناسند.

این کار نشان دهنده شکستن یک سد اصلی برای Cryo-EM به عنوان یک تکنیک زیست شناسی ساختاری است و با استفاده از فن آوری جدید ، جمع آوری داده ها و استراتژی های پردازش ، تعداد پروتئین هایی که ساختار آنها قابل حل است با وضوح بالا گسترش می یابد. این بازسازی های با وضوح بالاتر به شما امکان می دهد درک بهتری از عملکرد پروتئین ها داشته باشید و طراحی داروهای خاص تری را که می توانند در درمان طیف وسیعی از بیماری ها تأثیر بگذارند تسهیل می کند.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا