每天關(guān)注Cell、Nature、Science(合稱CNS)等頂級(jí)期刊是小編的日常工作之一。近兩年，小編發(fā)現(xiàn)，除了“魔剪”CRISPR，冷凍電鏡也是這些期刊的“?？汀?。中國(guó)科學(xué)家在這一領(lǐng)域取得的成果是有目共睹的，而清華大學(xué)無(wú)疑是這一領(lǐng)域的“領(lǐng)軍者”之一?！袄鋬鲭婄R+清華大學(xué)=CNS”這個(gè)公式雖有點(diǎn)夸張，但也不是毫無(wú)根據(jù)。

施一公

該校的施一公院士、顏寧教授是這一領(lǐng)域的知名科學(xué)家。最近，兩位學(xué)者都有新成果發(fā)表在CNS上。7月22日，施一公教授研究組在Science雜志就剪接體的結(jié)構(gòu)與機(jī)理研究發(fā)表兩篇長(zhǎng)文，題目分別為“Structure of a Yeast Activated Spliceosome at 3.5 A Resolution”和“Structure of a Yeast Catalytic Step I Spliceosome at 3.4 A Resolution”。研究報(bào)道了釀酒酵母剪接體激活和剪接反應(yīng)催化過(guò)程中兩個(gè)重要狀態(tài)的剪接體復(fù)合物近原子分辨率的三維結(jié)構(gòu)，闡明了剪接體的激活和催化機(jī)制，從而進(jìn)一步揭示了前體信使RNA剪接反應(yīng)的分子機(jī)理。

顏寧

顏寧教授在5月、8月和9月相繼在Cell、Nature和Science雜志上發(fā)表了3篇論文。發(fā)表于Cell雜志上的論文(題目：Structural insights into the Niemann-Pick C1 (NPC1)-mediated cholesterol transfer and Ebola infection)中，顏寧研究組與中國(guó)疾控中心、中科院微生物所高福院士研究組合作，首次報(bào)道了人源膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NPC1的4.4埃分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并探討了NPC1和NPC2介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制;同時(shí)還報(bào)道了NPC1與埃博拉病毒GPcl蛋白復(fù)合體6.6埃分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，為理解NPC1介導(dǎo)埃博拉病毒入侵的分子機(jī)制提供了分子基礎(chǔ)。

8月31日，在線發(fā)表于Nature雜志上的研究(題目：Structure of the voltage-gated calcium channel Cav1.1 at 3.6 A? resolution)中，顏寧研究組報(bào)道了首個(gè)真核電壓門控鈣離子通道的近原子分辨率三維結(jié)構(gòu)，為理解具有重要生理和病理功能的電壓門控鈣離子和鈉離子通道的工作機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。

9月22日，顏寧研究組與加拿大卡爾加里大學(xué)陳穗榮研究組合作在Science雜志上在線發(fā)表標(biāo)題為 “Structural basis for the gating mechanism of the type 2 ryanodinereceptor RyR2”的研究長(zhǎng)文，揭示了目前已知分子量最大的離子通道Ryanodine受體RyR2亞型處于關(guān)閉和開(kāi)放兩種狀態(tài)的三維電鏡結(jié)構(gòu)，探討了RyR2的門控機(jī)制。

關(guān)閉及開(kāi)放構(gòu)象的RyR2(圖片來(lái)源：清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院)

高寧& 楊茂君

除了上述成果外，清華大學(xué)近期還發(fā)表了另外兩篇基于冷凍電鏡的Nature論文。5月25日，該校高寧研究組與合作者在Nature雜志在線發(fā)表了題為“Diverse roles of assembly factors revealed by structures of late nuclear pre-60S particles”的研究論文。文章報(bào)道了位于酵母細(xì)胞核內(nèi)的一系列組成上和結(jié)構(gòu)上不同的核糖體60S亞基前體復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，確定了近20種裝配因子在核糖體上的結(jié)合位置及其原子結(jié)構(gòu)。該校生命科學(xué)學(xué)院高寧研究員和美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)John L. Woolford Jr教授是這一研究的共同通訊作者。

9月21日，清華大學(xué)研究小組在Nature雜志上發(fā)表了最新論文，首次報(bào)道了迄今為止分辨率最高的線粒體呼吸鏈超級(jí)復(fù)合物—呼吸體的冷凍電鏡三維結(jié)構(gòu)。清華大學(xué)楊茂君教授和高寧研究員是該研究的共同通訊作者。

圖注：a，不同側(cè)面呼吸體結(jié)構(gòu)模型及密度。b，復(fù)合物I結(jié)構(gòu)模型及密度。(引用自清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院)

據(jù)清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院報(bào)道，呼吸體蛋白分布于線粒體內(nèi)膜上，是執(zhí)行呼吸作用的超大分子機(jī)器。哺乳動(dòng)物呼吸體I1III2IV1是由81個(gè)蛋白亞基(70種不同蛋白分子)所構(gòu)成的分子量高達(dá)1.7兆道爾頓的膜蛋白超級(jí)復(fù)合物。該研究中，科學(xué)家小組拿到了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、均一性好的呼吸體超級(jí)復(fù)合物，同時(shí)驗(yàn)證了一系列小分子化合物對(duì)呼吸體超級(jí)復(fù)合物的特異調(diào)節(jié)作用，為進(jìn)一步的藥物開(kāi)發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

借助冷凍電鏡技術(shù)，并利用單顆粒三維重構(gòu)的方法，研究小組最終獲得了整體5.4埃的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，其中復(fù)合物I和復(fù)合物III的分辨率達(dá)到3.97埃(圖a)。這一目前為止世界上所解析的最大也是最復(fù)雜的膜蛋白超級(jí)復(fù)合物結(jié)構(gòu)為深入理解哺乳動(dòng)物呼吸鏈復(fù)合物的組織形式、分子機(jī)理以及治療細(xì)胞呼吸相關(guān)的疾病提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

小編還注意到，在一年前的同一天(2015年9月21日)，楊茂君教授、高寧研究員和該校醫(yī)學(xué)院肖百龍研究員研究組合作在Nature雜志上發(fā)表了題為“Architecture of the Mammalian Mechanosensitive Piezo1 Channel”的研究論文，首次報(bào)道了哺乳動(dòng)物機(jī)械力敏感離子通道Piezo蛋白的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。

中國(guó)內(nèi)地科學(xué)家近年冷凍電鏡成果一覽

那么，除了清華大學(xué)，冷凍電鏡在中國(guó)其它機(jī)構(gòu)的應(yīng)用狀況如何?它在中國(guó)的發(fā)展歷史是怎樣的?有哪些其他科學(xué)家發(fā)表了代表性的論文?這些問(wèn)題的答案可以從施一公院士近期發(fā)表的題為《Biological cryo-electron microscopy in China》的綜述中找到。清華大學(xué)王宏偉(Hong-Wei Wang)教授(現(xiàn)任生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng))、雷建林(Jianlin Lei)研究員(冷凍電鏡平臺(tái)主管)以及施一公院士是這一綜述的共同通訊作者。

點(diǎn)擊以下鏈接可以查看完整綜述：

http：//onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/pro.3018/full

文章表示，冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展中越來(lái)越重要。目前，中國(guó)的生物學(xué)冷凍電鏡(biological cryo-EM)已進(jìn)入快速發(fā)展階段。這一綜述具體回顧了生物學(xué)冷凍電鏡在中國(guó)的發(fā)展歷史，匯總了目前的使用情況，討論了這一技術(shù)對(duì)生物學(xué)研究的影響，并展望了它未來(lái)的前景。

該綜述列舉了近年來(lái)(2008-2016)中國(guó)內(nèi)地科研人員發(fā)表的多項(xiàng)代表性成果，共計(jì)53篇(如下圖)，解析了冷凍電鏡在染色質(zhì)組織、免疫反應(yīng)、離子通道、光合作用、核糖體生物起源、RNA代謝和病毒結(jié)構(gòu)等研究中的應(yīng)用。在結(jié)論部分，作者們表示，盡管冷凍電鏡在其它國(guó)家也在快速、健康的發(fā)展，但是中國(guó)的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超過(guò)世界平均水平;并且，這一趨勢(shì)預(yù)計(jì)會(huì)再持續(xù)5-10年。

特別備注：本文研究成果具體介紹參考自清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、醫(yī)學(xué)院官網(wǎng)多篇報(bào)道，綜述內(nèi)容編譯自原文。

參考資料：

施一公研究組在《科學(xué)》發(fā)表背靠背兩篇論文 捕獲酵母剪接體兩個(gè)關(guān)鍵工作狀態(tài)高分辨率電鏡結(jié)構(gòu)

清華大學(xué)顏寧研究組在《細(xì)胞》發(fā)表論文報(bào)道人源NPC1蛋白結(jié)構(gòu)， 并揭示其介導(dǎo)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)和埃博拉病毒入侵的分子機(jī)制

高寧研究組《自然》在線發(fā)表論文報(bào)道酵母核糖體組裝前體的高分辨冷凍電鏡結(jié)構(gòu)

楊茂君研究組在《自然》發(fā)表論文首次報(bào)道了線粒體呼吸鏈超級(jí)復(fù)合物結(jié)構(gòu)

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院顏寧研究組等在《科學(xué)》發(fā)文揭示心肌鈣離子通道RyR2長(zhǎng)程門控機(jī)制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

PROTEIN SCIENCE：A family tree of the Chinese electron microscopists

原始出處：

Wei Peng1，2，*， Huaizong Shen1，2，3，*， Jianping Wu1，2，3，*， Wenting Guo4， Xiaojing Pan1，2， Ruiwu Wang4， S. R. Wayne Chen4，?， Nieng Yan1，2，3，Structural basis for the gating mechanism of the type 2 ryanodine receptor RyR2.Science 22 Sep 2016

Jinke Gu，Meng Wu，Runyu Guo，Kaige Yan，Jianlin Lei，Ning Gao & Maojun Yang The architecture of the mammalian respirasome.21 September 2016

[來(lái)源：生物探索] 冷凍電鏡施一公顏寧