作者:亚利桑那州立大学理查德·哈特 在细胞出版社杂志《结构》封面上发表的新研究中，描述了利用脂质立方相微晶和微晶电子衍射确定膜蛋白结构的新方法
学分:亚利桑那州立大学生物设计研究所的杰森·德雷 人体内的蛋白质数量庞大，统称为蛋白质组
大约有80，000到400，000种蛋白质在我们的细胞、组织和器官中循环，执行一系列生命所必需的任务
当蛋白质出错时，它们会引发无数严重的疾病
现在，生物设计应用结构发现中心和亚利桑那州立大学分子科学学院的研究人员和他们的同事一起，研究了一类非常重要的蛋白质，它们装饰着细胞膜
这种膜蛋白通常作为结合分子的受体，启动能以多种方式改变细胞行为的信号
在新的研究中描述了一种以惊人的细节获取膜蛋白结构数据的新方法
低温电子显微镜(或低温电磁)方法，一套开创性的工具，被使用
此外，所谓的LCP结晶和微晶电子衍射的使用有助于揭示蛋白质的结构细节，这些细节在很大程度上是通过常规方法如x光结晶学无法获得的
该发现描述了首次使用嵌有液晶的微晶，使用MicroED揭示高分辨率的蛋白质结构细节
这项新研究为细胞出版社杂志《结构》的最新一期增色不少
根据这项新研究的相应作者刘威的说法，LCP在膜蛋白结晶方面取得了巨大成功
“LCP-micro id的新的广泛应用为从具有挑战性的蛋白质目标中改进结构测定方法提供了希望
这些结构蓝图可以用来从更精确的见解来促进新的治疗药物的设计
" 一类特别感兴趣的膜蛋白是G蛋白偶联受体，它是真核生物(包括人类)中发现的最大和最多样的膜受体组
促性腺激素释放激素受体的生理活性非常重要，因此它们是许多治疗药物的主要靶点
然而，这就是问题出现的地方，因为确定膜蛋白的详细结构——精确药物设计的重要前体——经常带来巨大的挑战
x光结晶学技术已被用来研究许多蛋白质的原子尺度结构甚至动力学行为
在这里，研究中的蛋白质结晶样本被x光光束照射，产生衍射图案，出现在屏幕上
组装成千上万的衍射快照可以在计算机的帮助下组装出高分辨率的三维结构图像
然而，许多膜蛋白，包括GPCRs，不能形成适合x光结晶学的大而有序的晶体
此外，这种蛋白质很脆弱，很容易被x光辐射破坏
要解决这个问题，需要使用被称为X射线自由电子激光器(XFELS)的特殊设备，这种设备可以发出持续时间仅为飞秒的明亮的X射线脉冲(一飞秒相当于一秒钟的千分之一，或者大约是一条光线穿过病毒直径的时间)
系列飞秒x光结晶学技术允许研究人员在结晶样品被破坏之前获得折射图像
然而，许多膜蛋白的结晶仍然是一项极其困难和不精确的技术，世界上只有少数这种巨大的XFEL机器存在
进入低温电子显微镜和microscopy
这项突破性的技术包括在薄冰中快速冷冻蛋白质晶体，然后将它们置于电子束下
与x光结晶学的情况一样，这种方法使用衍射模式，这次是从电子而不是x光来组装最终的详细结构
MicroED擅长从太小且不规则的晶体中收集数据，无法用于传统的x光晶体学
在这项新的研究中，研究人员使用了两种先进的技术来制作两种重要模型蛋白质的高分辨率衍射图像:蛋白酶K和A2A腺苷受体，其功能包括调节大脑中的神经递质、心脏血管舒张和T细胞免疫反应
蛋白质被包埋在一种特殊类型的晶体中，这种晶体被称为脂质立方相或LCP晶体，它模拟了蛋白质天然存在的自然环境
LCP样品随后接受电子显微镜检查，使用显微成像方法，可以对极薄的亚微米大小的晶体进行成像
此外，LCP晶体在电子显微镜下的连续旋转允许以极低的无损伤电子剂量从单晶获得多个衍射图案
对只能形成微纳米晶体或纳米晶体的蛋白质进行检测的能力，为许多重要成员rane蛋白质的结构测定打开了大门，而这些重要成员rane蛋白质是传统研究手段无法企及的，尤其是GPCRs
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