10月13日，結(jié)構(gòu)生物學(xué)著名期刊《結(jié)構(gòu)》（Structure）以封面文章形式發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所孫飛研究組和微生物研究所董志揚(yáng)研究組合作完成的關(guān)于二型分子伴侶開口狀態(tài)的晶體與電鏡結(jié)構(gòu)最新研究成果。該文的三個(gè)共同第一作者霍艷武、胡仲軍和張凱分別在蛋白質(zhì)純化晶體生長(zhǎng)，電鏡圖像處理和晶體結(jié)構(gòu)解析方面做出了重要貢獻(xiàn)，微生物研究所的王麗則提供了樣品的生化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　分子伴侶素（Chaperonins）是一種ATP依賴的協(xié)助蛋白折疊的多亞基雙環(huán)復(fù)合物，在此之前，關(guān)于二型分子伴侶素核酸結(jié)合功能態(tài)的結(jié)構(gòu)以及功能循環(huán)各個(gè)環(huán)節(jié)中的構(gòu)象變化的研究都不是很透徹，其中最為關(guān)鍵的因素就是沒(méi)有此類分子開口狀態(tài)的高分辨率結(jié)構(gòu)。該研究將冷凍電鏡三維重構(gòu)和X射線晶體學(xué)有效地結(jié)合在一起，獲得了第一個(gè)開口狀態(tài)的二型分子伴侶3.7？分辨率的結(jié)構(gòu)，對(duì)人們認(rèn)識(shí)此類分子的功能循環(huán)過(guò)程提供了非常關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)信息。醫(yī)學(xué)教|育網(wǎng)搜集整理

　　該研究以來(lái)源于古菌Acidianus tengchongensis （AT） strain S5的二型分子伴侶素ATcpnβ為研究對(duì)象， 利用負(fù)染電鏡三維重構(gòu)的方法獲得了rATcpnβ的14 ？分辨率的閉合構(gòu)象，分析發(fā)現(xiàn)該構(gòu)象與先前報(bào)道的閉口狀態(tài)同源晶體結(jié)構(gòu)的單個(gè)亞基符合得非常好；同時(shí)利用低溫電鏡三維重構(gòu)方法，獲得了ATcpnβ apo狀態(tài)8.8 ？分辨率的三維結(jié)構(gòu)及ATP結(jié)合但未水解狀態(tài)的8.4 ？分辨率的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)均呈現(xiàn)開口不對(duì)稱構(gòu)象，上環(huán)結(jié)構(gòu)較下環(huán)結(jié)構(gòu)閉合（但上環(huán)并不是完全閉合的狀態(tài)），該構(gòu)象與先前報(bào)道的同源晶體結(jié)構(gòu)符合較差，特別是在頂端結(jié)構(gòu)域。醫(yī)學(xué)教|育網(wǎng)搜集整理

　　此外，研究人員經(jīng)過(guò)大量努力，獲得了ATcpnβ結(jié)合ADP的開口狀態(tài)的3.7？分辨率的晶體衍射數(shù)據(jù)，以低溫電鏡結(jié)構(gòu)為模型，通過(guò)分子置換法解析了其晶體結(jié)構(gòu)，獲得了第一個(gè)具有9次對(duì)稱性的完整二型分子伴侶開口狀態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)，而此前只有8次對(duì)稱性的閉口狀態(tài)的原子分辨率晶體結(jié)構(gòu)。分析發(fā)現(xiàn)，該晶體結(jié)構(gòu)的單個(gè)亞基能夠與rATcpnβ結(jié)合ATP（但未水解）的開口構(gòu)象非常好地吻合。通過(guò)比較開口構(gòu)象和閉合構(gòu)象，較為準(zhǔn)確地觀察到二型分子伴侶在從ATP結(jié)合到ATP水解過(guò)程的精細(xì)構(gòu)象變化——整個(gè)亞基作為剛體向內(nèi)的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和頂端區(qū)相對(duì)于赤道結(jié)構(gòu)域～30度的旋轉(zhuǎn)。

　　此前由于缺乏高分辨率的晶體結(jié)構(gòu)，有些研究認(rèn)為分子伴侶的腔體關(guān)閉僅僅與lid結(jié)構(gòu)域的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，另一些研究則認(rèn)為是整個(gè)亞基向內(nèi)的運(yùn)動(dòng)所致，該研究獲得的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)解決了這些爭(zhēng)議，提供了最為準(zhǔn)確的構(gòu)象變化過(guò)程。

　　此外，該研究成果充分表明了將電鏡三維重構(gòu)與X射線晶體學(xué)結(jié)合在一起對(duì)于研究生物超分子復(fù)合體的結(jié)構(gòu)、闡述生物問(wèn)題的巨大優(yōu)勢(shì)，這也是結(jié)構(gòu)生物學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。此前，由于技術(shù)條件的限制，國(guó)內(nèi)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究主要以X射線晶體學(xué)為主，電鏡和晶體學(xué)結(jié)合的成功例子很少；現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)在電鏡三維重構(gòu)技術(shù)方面給以巨大投入，該研究無(wú)疑是在這種局勢(shì)下的一個(gè)成功范例。醫(yī)學(xué)教|育網(wǎng)搜集整理