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美国加州大学旧金山分校Shawn M. Douglas团队近日取得一项新成果。他们开发出分子测角仪用于DNA结合蛋白的单颗粒低温电子显微镜。 相关论文于2020年10月19日发表于《自然—生物技术》。

研究团队将DNA折纸（DNA origami）应用于构造分子测角仪（可精确定位物体的仪器），并使其对接DNA结合蛋白到双螺旋平台上，该平台具有可编程的倾斜和旋转角度。课题组研究人员构造了具有14种不同阶段配置的测角仪，用以定向和可视化冷冻电镜网格表面上方的蛋白质。每个测角计都有一个独特的条形码模式，在颗粒分类时为结合的蛋白质指定角度先验。

研究人员使用测角仪获得了6.5-Å分辨率的BurrH的结构，一种82 kDa的DNA结合蛋白，其螺旋假对称性阻碍了传统cryo-EM的精确图像方向的使用。他们的方法适用于其他DNA结合蛋白以及融合到DNA结合域的小蛋白。

据介绍，正确重建由低温电子显微镜(cryo-EM)得到的大分子结构依赖于对单颗粒图像取向的准确确定。对于小DNA结合蛋白（分子量<100kDa），获得具有足够不对称特征的颗粒图是充满挑战性的。

附：英文原文

Title: Molecular goniometers for single-particle cryo-electron microscopy of DNA-binding proteins

Author: Tural Aksel, Zanlin Yu, Yifan Cheng, Shawn M. Douglas

Issue&Volume: 2020-10-19

Abstract: Correct reconstruction of macromolecular structure by cryo-electron microscopy (cryo-EM) relies on accurate determination of the orientation of single-particle images. For small (<100kDa) DNA-binding proteins, obtaining particle images with sufficiently asymmetric features to correctly guide alignment is challenging. We apply DNA origami to construct molecular goniometers—instruments that precisely orient objects—and use them to dock a DNA-binding protein on a double-helix stage that has user-programmable tilt and rotation angles. We construct goniometers with 14 different stage configurations to orient and visualize the protein just above the cryo-EM grid surface. Each goniometer has a distinct barcode pattern that we use during particle classification to assign angle priors to the bound protein. We use goniometers to obtain a 6.5-Å structure of BurrH, an 82-kDa DNA-binding protein whose helical pseudosymmetry prevents accurate image orientation using traditional cryo-EM. Our approach should be adaptable to other DNA-binding proteins as well as small proteins fused to DNA-binding domains.

DOI: 10.1038/s41587-020-0716-8

Source: https://www.nature.com/articles/s41587-020-0716-8

Nature Biotechnology：《自然—生物技术》，创刊于1996年。隶属于施普林格·自然出版集团，最新IF：68.164
官方网址：https://www.nature.com/nbt/
投稿链接：https://mts-nbt.nature.com/cgi-bin/main.plex