蛋白复合体

近日，中国科学院武汉物理与数学研究所研究员唐淳课题组利用基于973重大科学研究计划“蛋白质动态学研究的新技术新方法”建立的研究技术，协助华中农业大学教授殷平课题组首次解析了N6腺嘌呤甲基转移酶METTL3-METTL14蛋白复合体结构，该研究成果发表于《自然》杂志。　　该工作揭示了RNA N6腺嘌呤甲基化修饰过程中的结构基础，是表观遗传学领域的一项重大突破。唐淳、武汉物数所副研究员龚洲和博士后刘主参与该项目，利用课题组发展的新技术新方法，通过结合小角X光散射与计算机模拟的手段，为该蛋白复合体的结构解析提供了研究方法上的帮助。　　经过近3年的努力，唐淳课题组发展、建立了包括核磁共振波谱、小角X光散射、化学交联质谱分析、单分子荧光检测和成像等技术在内的多种生物物理化学手段，并开发相应的整合计算方法，用于蛋白质动态结构及其转换过程的研究。课题组除了完成自身的科研项目外，积极开展广泛的合作与交流，与国内外同行共享研究技术和方法。目前，得益于“蛋白质动态学研究的新技术新方法”项目的实施，课题组已助力多个重要蛋白质结构的解析，取得了一系列的研究成果，研究成果发表于《自然—化学生物学》、eLife 等国际一流杂志。

2013年刊登在Nature Genetics杂志上的一篇研究报告中，来自博德研究所的科学家们通过研究发现，大约20%的人类癌症都与一类名为BAF的蛋白发生突变有关，BAF是一种特殊的蛋白复合体，其与机体智力障碍和自闭症谱系障碍发生直接相关，然而目前研究人员并不清楚这种蛋白复合体的精细结构以及其如何诱发人类疾病的。 图片来源：Susanna M. Hamilton, Broad Communications 近日，一项刊登在国际著名杂志Cell上的一篇研究报告中，来自哈佛大学医学院等机构的科学家们通过研究阐明了BAF蛋白复合体各个部分是如何结合在一起的，相关研究或为后期科学家们开发治疗疾病的新型药物提供思路和希望。 研究者Kadoch说道，这项研究中我们克服了科学家们在人类疾病突变以及药物发现上所面临的主要障碍，文章中我们解析了BAF复合体的结构特性和组装机制，而了解该蛋白复合体的结构对于理解其功能至关重要。BAF复合体能控制染色质的结构并且调节基因的活性，研究人员首次在酵母中发现BAF复合体，随后在果蝇和哺乳动物机体中相继发现该复合体。 这项研究中，研究人员阐明了多个BAF复合体蛋白组分的结合模式，以及其如何在细胞中组成三种不同的复合体，研究者Kadoch说道，如果你不得不组装一套宜家夹具的话，你或许需要将各个零配件按照一定的装配顺序进行组合，这项研究中我们首次提供了BAF复合体的组装路线图，并且列出了单独的元件，也就是说，按照既定的路线图对单独的元件进行组装就能构建出BAF复合体。 除了阐明BAF的具体结构外，研究人员还阐明了与该复合体相关的一系列致病突变给人类机体带来的生化效应；研究者Nazar Mashtalir表示，组成BAF复合体的单一蛋白的结构错误会干扰复合体的组装，从而影响基因表达导致疾病发生；我们希望后期能够基于本文研究结果进行更为深入的研究，来阐明一系列与疾病相关的突变，并且为开发新型疗法提供新的思路和线索。

线粒体是真核细胞能量代谢的主要场所，与动植物的生长发育密切相关，99%的线粒体蛋白由细胞核基因编码，在细胞质中合成。线粒体外膜TOM转位酶复合体负责绝大部分前体蛋白运输进入线粒体，再通过其他转位酶复合体分选至线粒体的各个部位。TOM复合体是由7个亚基组成的膜蛋白复合体，其组装过程是多步骤且高度动态的，需要线粒体外膜SAM复合物的协助。但是，SAM复合物如何协助TOM组装的分子机制尚不清楚。　　为了探索TOM转位酶复合体的组装机制，作物遗传改良国家重点实验室殷平教授研究团队独辟蹊径，利用哺乳动物细胞重组表达系统重构了该组装过程，并实现精准控制，可人为地为组装按下“暂停键”。该方法使得研究者捕获了TOM组装过程中的多个中间态并获得其蛋白样品，攻克了该领域多年来无法获得稳定的TOM复合体中间态的难题。研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术首次解析了两个重要中间态的高分辨三维结构，并结合功能分析阐明了SAM复合物协助组装以及释放TOM的分子机制。　　该研究成果有助于理解TOM转位酶复合体的组装过程，更好地探究线粒体蛋白的生物发生，为线粒体疾病治疗和作物遗传改良提供理论基础。相关研究成果于近期发表在Science杂志上。

p 　　北京大学物理学院毛有东研究员、北京大学物理学院/定量生物学中心欧阳颀院士与哈佛医学院吴皓教授合作利用冷冻电子显微镜技术解析了近原子分辨率的炎症复合体的三维结构，首次阐释了其复合物在免疫信号转导过程中的单向多聚活化的分子结构机理。该研究工作以“Cryo-EM Structure of the Activated NAIP2/NLRC4 Inflammasome Reveals Nucleated Polymerization”为题于2015年10月8日在线发表在国际期刊Science。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201511/noimg/eded81e3-c413-4ad4-bdf5-6ba1f32ee5d2.jpg" title=" 炎症复合体三维结构.jpg" / /p p style=" text-align: center " 炎症复合体三维结构 /p p 　　先天免疫是人类免疫系统的重要组成部分，炎症复合体在触发先天免疫响应的过程中起到了关键信号转导的效应器作用，从而启动细胞凋亡等免疫应答和炎症反应。炎症复合体是胞浆内一组复杂的多蛋白复合体，是胱天蛋白酶活化所必需的反应平台，其复合物单体由多个结构域构成，并在上游蛋白的激活下诱导组装形成环状复合物。炎症复合体的结构对于认识先天免疫的信号转导过程、免疫调控和病原诱导活化等免疫响应机理具有关键的核心价值，因而成为国内外一流结构生物学和免疫学实验室追捧的研究对象。 /p p 　　细胞中大多数蛋白复合体都展现了一定程度的分子机械效应，并在信号转导和生化调控过程中表现出构象的异质性和动态性，使得传统的结构分析方法，如X射线晶体学和核磁共振等，难以凑效。单颗粒冷冻电子显微镜技术打破了传统的结构分析方法的诸多限制，使得高分辨结构分析可以直接在单分子水平进行。炎症复合体就是一个典型的无法应用传统结构分析方法的例子。炎症复合体在病原体诱导激活以后，在细胞浆内自发组装成多重准对称和不完整复合物结构 由于炎症复合体的蛋白单体具有一定的动态性，炎症复合体可以随机组装成准10重、11重 和12重对称性。由于这些结构的分子量差异极其细微，现有的蛋白纯化技术无法将这些不同构象的炎症复合体分离开来，高度的构象异质性使得炎症复合体难以结晶。由于炎症复合体的分子量巨大，核磁共振技术也无能为力。冷冻电子显微镜技术在这项研究工作中是唯一的选择。然而，目前为数不多的近原子分辨冷冻电镜结构解析的案例中，被研究的蛋白都表现出较高的构象同质性。构象高度异质性的冷冻电镜结构，往往只能达到中低分辨率水平。目前已发表的近原子分辨冷冻电镜结构还没有一例展现出比炎症复合体更多样的构象异质性水平。因此，炎症复合体的结构分析对现有的冷冻电子显微镜技术提出了新的挑战。毛有东、欧阳颀教授课题组利用他们发展的冷冻电镜数据分析的新算法，通过并行统计机器学习，实现了在超级计算机中对这些细微动态构象的深度分离，从而提取出高度纯化的炎症复合体单颗粒图像的数据集，使得高分辨三维重建成为可能。其中11环结构的分辨率达到4.7埃，使得炎症复合体三维原子结构建模成为现实。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201511/noimg/9c131479-439e-4262-9097-9afa7350f223.jpg" title=" 炎症复合体三维结构复合体及其单体在激活态与非激活态之间的构象变化.jpg" / /p p style=" text-align: center " 炎症复合体三维结构复合体及其单体在激活态与非激活态之间的构象变化 /p p 　　北京大学定量生物学中心博士研究生陈硕冰与哈佛医学院博士后张丽曼为文章共同第一作者。北京大学物理学院青年千人计划研究员毛有东与哈佛医学院讲席教授、美国科学院院士吴皓为共同通讯作者。这一工作得到了北京大学科研启动经费、北大-清华联合生命科学中心、Intel并行计算研究基金和美国国家健康研究院的资助。 /p

“我们通过冷冻电镜技术拿到了核孔复合体高分辨率的密度图。然后借助于 AlphaFold 结构预测，搭建出核孔复合体胞质环的精细模型。通过原子模型，为解释细胞核的运输机制，理解细胞生命活动的基本过程提供了重要的结构基础，同时也能为非常多相关的疾病提供重要的线索。”美国国家科学院院士、哈佛大学医学院生物化学及分子药理学教授团队表示。6 月 10 日，该课题组在 Science 上发表题为《核孔复合体胞质环的结构》的论文 [1]。图 | 相关论文（来源：Science）董颖、皮雄、彼得罗丰塔纳（Pietro Fontana）担任共同第一作者，吴皓担任通讯作者。图|吴皓（来源：吴皓个人主页）利用单颗粒低温冷冻电子显微镜和 AlphaFold 预测，确定了来自非洲爪蟾卵母细胞中一个接近完整的结构对于在该研究中 AlphaFold 所起到的作用，董颖表示，此次解析的核孔复合体（NPC，nuclear pore complex）是真核生物中最大的膜蛋白复合物之一，它位于核膜上，介导核膜内外的物质转运。由于其分子量巨大，组成成分复杂，动态变化多样，这使得电镜解析图谱的分辨率很有限（6-7 埃），并且搭建分子模型困难重重。但是 AlphaFold 的出现很好地弥补或一定程度上解决了图谱分辨率不足的问题，它可以预测很多没有结构的蛋白亚基，从而补充解释蛋白复合物结构里缺失的结构单元的高分辨信息；还可以预测部分亚基相互作用界面，从而说明亚基作用的结构基础以及生物学意义。另一方面，AlphaFold 预测也并非万能，它给出了诸多的可能性之后，课题组也需要理性分析哪一种结果最为合理，最能解释得清楚相关生物学现象。论文共同作者皮雄表示：“AlphaFold 能够预测出相互作用的蛋白亚基，与我们通过冷冻电子显微学计算出来的比较相符，从而大大方便了我们确定相互作用的蛋白亚基，进而加速我们模型搭建的过程。”图 | 皮雄（来源：皮雄）据悉，核孔复合体是细胞质和细胞核之间双向物质运输的管道。该团队利用单颗粒低温冷冻电子显微镜和 AlphaFold 预测，确定了来自非洲爪蟾卵母细胞的核孔复合体胞质环的一个接近完整的结构。使用 AlphaFold 预测核孔蛋白的结构，并以突出的二级结构密度作为指导，将核孔蛋白的结构拟合到中等分辨率的图谱中。利用 AlphaFold 进行复杂的预测，还可以进一步建立或证实某些分子间的相互作用。课题组鉴定了 Nup358 的 5 个拷贝的结合模式，这是最大的核孔复合体亚基，具有 Phe-Gly 重复序列，并预测它包含一个线圈-线圈结构域，在一定条件下可能作为成核中心辅助核孔复合体形成。核孔复合物是真核细胞核膜中的分子管道，可以调节细胞核和胞质溶胶之间生物分子的进出口，脊椎动物核孔复合体的分子量约为 110 至 125 MDa，直径约为 120 nm。核孔复合体被分为四个主环：胞质侧的细胞质环（CR，cytoplasmic ring），核膜平面上的内环（Inner Ring, IR）和管腔环 (Luminal Ring, LR)，以及面向细胞核的核环 (Nuclear Ring, NR)。每个环具有相似的八重对称，并由不同的核孔蛋白的多个副本组成。核孔复合体参与了许多生物过程，其功能障碍与越来越多的严重疾病有关。尽管在过去的 20 年里，许多团体进行了开创性的研究，但人们仍然缺乏对核孔复合体的组织、动态和复杂性的充分理解。图 | 董颖（来源：董颖）（来源：Science）预测核孔复合体中最大的蛋白 Nup358 具有 s-形球状结构域此次研究中，该团队使用非洲爪蟾卵母细胞，作为结构表征的模型系统，因为每个卵母细胞都有大量的NPC颗粒，因此这些颗粒可以在没有去垢剂提取的帮助下，在天然核膜上可视化。据悉，课题组使用单颗粒冷冻电子显微镜，来分析不同倾斜角度的数据并进行三维重建，之后用 AlphaFold 进行模型构建和结构预测，重建了 X.laevis NPC 的 6.9 和 6.7埃分辨率的全 CR 原聚体和一个核心区域，并使用 AlphaFold 预测了单个核孔蛋白的结构。对于任何模糊的亚基相互作用，该团队也预测了复杂的结构，这进一步指导了 CR 原聚物的模型拟合。他们将核孔蛋白或复杂结构置于 CR 密度中，以获得一个几乎完整的 CR 原子模型，由内部和外部 Y复合物、两个 Nup205 拷贝、两个 Nup214-Nup88-Nup62 复合物拷贝、一个 Nup155 和 5 个 Nup358 拷贝组成。值得注意的是，课题组预测了核孔复合体中最大的蛋白 Nup358 具有 s 形球状结构域，一个线圈结构域和一个含有苯丙氨酸-甘氨酸（FG）重复序列的 c 端区域，而先前显示形成的一个凝胶样的凝析相，可用于选择性物质通道。其中，四个 Nup358 拷贝夹在内部和外部 y 复合体周围以稳定 CR，第五个 Nup358 位于夹子簇的中心。另据悉，AlphaFold 还预测了一个同源低聚物，可能是 Nup358 的五聚体、卷曲螺旋结构，这可能为 Nup358 募集到核孔复合体提供亲合力，并降低 Nup358 在核孔复合体生物发生中凝聚的阈值。可以说，此次研究提供了一个整合的低温冷冻电子显微镜和结构预测的例子，可作为从中等分辨率密度图中、获得更精确的兆道尔顿蛋白复合物模型的新方法。该论文提出的更准确、以及几乎完整的 CR 模型，扩展了他们对NPC分子相互作用的理解，代表了向完整的NPC分子结构迈出的实质性一步，对NPC的功能、生物发生和调控具有影响。（来源：Science）有望成为结构生物学的规范该团队在论文中表示，几乎完整的 NPC CR 模型揭示了其内部的分子相互作用及其生物学意义。CR 组装的一个意想不到的方面是，他们观察到了 Nups 之间的组成和绑定模式的不对称性：其一，两个 Y 配合物之间的构象差异；其二，两个 Nup205 分子与 Y 配合物的结合模式不同；其三，两个 Nup214-Nup88-Nup62 配合物并排放置；其四，5 个 Nup358 配合物具有不同的结合模式。因此，这种不对称性是代表 CR 的基础状态、还是由放线菌素 D(Actinomycin D，ActD) 的结合引起的，以及它是否会是 NR、IR 或 LR 结构中的共同特征？这将是一个很有趣的问题。而研究人员的 X.laevis NPC 样本来自单倍体卵母细胞，这可能与体细胞中的核孔复合体有更大的不同。该团队认为，Nup358 的多个拷贝、及其低聚卷曲螺旋关联，解释了其在细胞质中卵发生过程中，作为NPC组装的关键驱动因素的作用，这不同于有丝分裂后和较慢的间期NPC组装。这一过程发生在内质网（ER，endoplasmic reticulum）的堆叠膜片上，称为环状膜层（AL，annulate lamellae），其苯丙氨酸-甘氨酸（FG，Phenylalanine-glycine）重复序列中的 Nup358复合物作为紧固件，从开始空间就可指导核孔复合体生物发生。这说明，Nup358 的低聚结构可能会降低 Nup358 复合体形成的阈值，从而有助于解释其在不同 Nups 中的成核作用。此外，课题组还提出了一种综合的方法，利用冷冻电子显微镜和 AlphaFold 结构预测的最新发展，从而带来了更精确的核孔复合体建模。在学界最近发表的论文或预印本论文中，也使用了类似的方法来确定核孔复合体的结构。AlphaFold 预测与传统结构建模不同，这是基于人工智能的建模方式。实现高分辨率的目标，是获得尽可能好的最佳模型。而在建模过程中，包含来自 AlphaFold 的信息，可能类似于该领域之前对立体化学约束所做的事情。随着复杂预测的能力更加普遍，该团队预计这种方法不仅有助于新结构的建模，而且有助于重新绘制以前的中分辨率低温电子显微镜图，成为结构生物学的规范。（来源：Science）董颖表示：“很多时候，我们采取科学的验证方式——用一系列生化实验对 AlphaFold 预测结果进行反向验证。我们利用人工智能，冷冻电镜与传统生物化学综合研究方式，推动了我们对复杂、动态的生物大分子的结构和功能的进一步理解。由此可见，AlphaFold 的出现给我们研究科学问题的方式也带来了革命性影响。我们在未来的科学研究中，只要大胆尝试，多方位思考，总能碰撞出美妙的火花！”担任论文共同作者的傅天民，目前在俄亥俄州立大学药学院，担任生物化学与药理学助理教授。其表示，该课题由他之前在吴皓教授实验室发起。他介绍了该研究的背后故事：2019 年初，吴皓教授与实验室的学生们，在佛罗里达参加美国生物化学与分子生物学年会。会后，吴老师带着学生们去吃火锅，饭桌上大家聊起结构生物学最重大的问题还有哪些，傅天民提出核孔复合物的结构是一个重要且没完全解决的问题，这个提议得到了吴皓教授的支持。回到波士顿后，王隆飞打算用酵母细胞来研究核孔复合物，傅天民则着手用非洲爪蟾的卵母细胞来研究。之所以选定爪蟾卵母细胞主要因为这类细胞易于获取，而且细胞核上有丰富的核孔复合物。后来，傅天民要去俄亥俄州立大学建立自已的实验室，课题转交给两个新来的博后董颖和 Pietro，他们两个紧密合作，克服了一系列技术难题，初步拿到了一些高质量的样品，收集了一些数据。随后，皮雄博士加入课题。皮雄博士和董颖博士通过大量的数据处理，为冷冻样品优化提供了正确的方向。最后通过大家几个月不懈的努力，利用进一步优化的高质量样品，收集了几万张冷冻电镜照片。最终皮雄博士通过冷冻电镜三维重构技术得到了高分辨率的密度图。Alex 利用 AI 结构预测对结构模型搭建起了重要作用。吴皓教授整个过程的支持、指导是课题得以成功的决定力量。董颖表示：“NPC是我进入吴老师实验室的第一个课题。现在回想起来整个研究经历都有些百感交集。当时我们‘白手起家，从零开始’。我从未接触过动物实验，我只能查找文献，自己摸索一切实验流程。中途可谓困难重重，我时常在解剖镜前解剖蛙卵，铺膜制样，一坐就是一整天。制样优化样品周期很长，我们寻找了各式各样的载网（因为不是所有载网在高角度拍摄的条件下都稳定），我做了很多载网稳定性的分析，光是优化样品就花了半年多。优化中途，陆续已有相关研究报道出现，当时我们整个团队几乎都要放弃。就在这时，皮雄博士通过大量的计算，得到了七埃左右分辨率的密度图。同时吴老师提议我们为模型搭建寻找新的切入点——恰逢AlphaFold横空出世，我们一不做二不休，立刻开启寻找冷冻电镜与AlphaFold对接的可能。”经过几个月没日没夜的计算、预测、模型搭建，课题组惊奇地发现新的研究方式带来了意想不到的研究结果。功夫不负有心人，最终他们非常有幸地与来自不同研究组的科学家们同台展示了研究结果。皮雄表示：“核孔复合体作为细胞生命活动的‘南天门’，严密调控着细胞的生命活动。作为一个功能如此复杂，形态巨大的复合体，它的精细结构是如此的严密和复杂。拿到它的精细结构也是非常困难。作为一个如此困难的课题，需要团队每个成员紧密合作，协同前进。每一部分工作都包含了团队每个成员的巨大努力。研究中，我主要负责冷冻电镜的数据处理，拿到高分辨率的核孔复合体的密度图，同时也参与了冷冻样品的优化。”（来源：Science）对于该成果的应用，董颖表示：“已经有相关研究报道说明NPC结构和功能的异常和许多疾病相关，例如神经退行性疾病阿尔兹海默症，介导了一些病毒如HIV的入侵，甚至会诱导一些癌症的发生。由于核孔复合体介导了很多重要物质的转运，其研究一直是近几年来科学界研究的一大热点。目前针对它的研究还处于相对基础的阶段，这主要受到它的复杂性，和动态性的局限。但就它推广到应用的可能性来讲，我认为只要我们能够把它‘看’得足够清楚，运动的原理理解的足够清楚，我们就有可能对它进行靶向药物设计，调节它的底物转运。给治疗人类疾病提供更多可能。最近几年来随着冷冻电镜技术和人工智能的进步，相信二者能共同推动其成为新兴药物靶点，逐步应用到疾病治疗。”对于后续计划，董颖表示：“我们队 NPC 的研究还只是冰山一角，后续有很多有趣的研究方向——现举几个例子：（1）由于核孔复合体底物众多，但出核和入核的底物的识别和转运机制如何？NPC 转运物质的孔道呈现有趣的胶状结构，这一结构高度动态，很可能在底物转运过程中发生相分离，我们可以借助单分子荧光标记来细化这些转录途径。（2）研究 NPC 的某些特定的活动状态，已经有研究报道酵母中可能存在多种 NPC 的状态和组装形式，这些结构组成具体参与了怎样的生物学功能还不清楚。（3）NPC 组装和解聚如何发生，特定组装状态下有哪些多辅助分子参与稳定其状态，这些我们可以联合质谱技术来鉴定新的作用亚基。”澳大利亚莫纳什大学药物科学研究所曹剑骏评价称，在本文中，该团队首先利用核孔复合体在非洲角蟾卵母的极高丰度这一特质，对天然膜环境中地核孔复合体进行直接观察，避免了可能存在人为纯化干扰。同时，课题组使用倾斜样品的方式，解决了膜蛋白样品在膜中的受限的角度分布，从而实现蛋白结构的三维重建。此过程中，该团队以令人敬佩的毅力手工选取了 20 万单颗粒样品，以实现整个核孔复合体的低分辨率（19 埃）结构，并集中于胞质环的局部结构解析得到中等分辨率（~7 埃）的电子云密度图。但这一分辨率依旧只能辨别大致的二级结构特征，而存在建模困难。因此，该团队尝试借助最新的 AlphaFold 基于序列的结构预测功能，由单个亚基、多亚基局部预测出发，实现整个胞质环的结构解析。该团队同时将基于 AlphaFold 的结果与传统的同源结构预测相对比，为蛋白结构工作者提供了一个优秀范例，展示了如何借助 AlphaFold 这一新工具解析未知蛋白结构。研究中，课题组同样也得到了核内环的信号，但是尚未得以解析，想来将来会由相应的工作面世，从而完备整个核孔复合物的结构信息。同时，该论文的蛋白结构分辨率受制于天然核孔结构的非均一性和单颗粒的人工手动筛选通量，而后者有希望得到 AI 辅助单颗粒筛选软件的帮助，从而解放研究人员双手实现以更多的单颗粒数据收集，最终有望解析出各类不同状态的核孔复合体结构，进一步阐述这一精妙的分子复合体的调节机制。-End-支持：Ren参考：1、Pietro Fontana et al., Structure of cytoplasmic ringof nuclear pore complex by integrative cryo-EM and AlphaFold. Science (2022) DOI: 10.1126/science.abm9326

p 　　4月26日，清华大学生命学院、清华 - 北大生命科学联合中心、北京市结构生物学高精尖创新中心王宏伟教授研究组在《细胞》(Cell)期刊 发表了题为《人源核酸内切酶 Dicer 蛋白与 Dicer-pre-miRNA 复合体的冷冻电镜结构》(Cryo-EM structure of human Dicer and its complexes with a pre-miRNA substrate)的研究论文，首次报道了人源核酸内切酶 Dicer 蛋白的全长高分辨率结构，同时还报道了人源核酸内切酶 Dicer 蛋白结合一种小 RNA 前体 pre-let- 7 底物的两种不同结构状态。 /p p 　　RNA 干扰(RNAi, RNA interference)是敲低一个基因表达的最为常用的一种手段。内源性引起 RNA 干扰的小 RNA 主要是微小 RNA (miRNA)。 到目前为止，人体内已经发现多达 1800 种微小 RNA，越来越多的文献报道认为很多肿瘤的发生发展、转移等行为与微小 RNA 的异常表达密切相关。 /p p 　　人体内绝大部分微小 RNA 成熟形成都离不开一种核酸内切酶，我们称之为 Dicer 的蛋白。有趣的是人体内只有一个拷贝的核酸内切酶 Dicer 基因, 表达唯一的一种人源核酸内切酶 Dicer 蛋白，然而却负责人体内绝大部分微小 RNA 的形成。因此，核酸内切酶 Dicer 蛋白在人体细胞中的重要性不言而喻。核酸内切酶 Dicer 蛋白是一种只切割双链 RNA 底物的内切酶，分子量大小约为 220 kDa，有多个结构域组成。其中有的结构域负责结合 RNA 底物，有些结构域负责切割 RNA 底物，还有些结构域就像一把尺子，精确测量出 RNA 需要被切割的位置。人源核酸内切酶 Dicer 蛋白能够识别细胞内众多不同的微小 RNA 前体底物，然后加工生成具有共同特征的长度约为 22 碱基和 3& #39 末端有两个游离碱基的成熟小 RNA。 /p p 　　遗憾的是, 人源核酸内切酶 Dicer 蛋白的整体三维结构一直没有得到解析， 人源核酸内切酶 Dicer 蛋白是如何精确加工这些微小 RNA 前体的机制至今仍然不清晰。人源核酸内切酶 Dicer 蛋白一直没有获得高分辨率三维结构的主要原因有几点：1、人源核酸内切酶 Dicer 蛋白约为 220 kDa，对于运用晶体学来获得三维结构来说，分子量比较大，很难结晶 2、对于运用单颗粒重构的方法来获得高分辨率三维结构来说，其分子量又相对较小 3、核酸内切酶 Dicer 蛋白三维结构呈 L 型，没有对称性，在冰中分布多为长条型，衬度低，分布不均匀，有优势取向，对单颗粒三维重构形成了很大的技术障碍。 /p p 　　过去十年的时间里，王宏伟以及其他课题组都尝试运用单颗粒电镜的方法去解析人源核酸内切酶 Dicer 蛋白的三维结构。经过不断地摸索，研究组解决了蛋白质样本准备、冷冻样本制备、数据收集及处理等多方面的技术难题，最终采用从哺乳动物 293F 细胞系中共表达蛋白复合体，亲和层析分离纯化蛋白质，采用纯金或者镀金载网制备出了分布较为均一、优势取向相对较少的冷冻电镜样品，并获得获得了人源 Dicer 及其辅因子蛋白 TRBP 复合体的高分辨率三维结构(4.4 埃)(图 1)，首次解析了人源核酸内切酶 Dicer 蛋白的高分辨率整体结构，看到了核酸内切酶 Dicer 蛋白中各结构域的精确三维分布及结构域之间的空间关系。 /p p style=" text-align: center" img style=" width: 450px height: 228px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/5bfa629d-b6df-4ffe-ad84-f53dedc3fd4b.jpg" title=" 02.jpg" height=" 228" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 450" / /p p style=" text-align: center " strong 图 1. 冷冻电镜解析获得的人源 Dicer-TRBP 复合体 (TRBP 是一种 RNA 结合蛋白) 高分辨率结构及其结构域分布 /strong /p p 　　为了更进一步了解人源核酸内切酶 Dicer 蛋白是怎样加工微小 RNA 前体的过程，王宏伟研究组通过体外重组的方法获得了人源 Dicer-TRBP 复合体与一种微小 RNA 的前体 pre-let- 7 所形成的三元复合体，并解析了该复合体的两种三维结构状态。一种是 pre-let- 7 的茎部呈完全互补结构(hDicer-TRBP-pre-let-7 complex class I)，另一种是 pre-let- 7 的茎部呈部分解离的状态(hDicer-TRBP-pre-let-7 complex class II)(图 2)。王宏伟研究组与清华大学张强锋研究组合作，通过化学修饰测序(icSHAPE)、核糖核酸酶酶切、测序胶电泳等技术，发现 pre-let- 7 在溶液中呈动态的构象平衡，一部分 pre-let- 7 的茎部是完全配对的双链螺旋结构，也有一部分 pre-let- 7 的茎部是呈部分解离的状态。深入的研究表明人源 Dicer 蛋白与 TRBP 形成的复合体与 pre-let- 7 结合可以促进该 RNA 向茎部完全配对的双链螺旋结构转换，确保其茎部在被 Dicer 蛋白切割前的构象均一性，从而保证微小 RNA 产物的精确长度。正是这个机制有可能保证了人源 Dicer 蛋白精确地将众多结构特征不同的微小 RNA 前体切割成具有共同的 22nt 长度的产物。这项工作为进一步解析微小 RNA 的成熟机制奠定了基础。 /p p style=" text-align: center" img style=" width: 450px height: 232px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/06e44afa-a813-46e0-a6cd-89e2c52e89cb.jpg" title=" 03.jpg" height=" 232" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 450" / /p p style=" text-align: center " strong 图 2. 两种 hDicer-TRBP-pre-let- 7 复合体的冷冻电镜结构 /strong /p p 　　在本工作中，王宏伟研究组成员，清华大学生命学院博士后刘忠民、王家、2015 级博士生程航、2015 级博士生柯鑫为共同第一作者，王宏伟教授为本文的通讯作者。另外，清华大学生命学院张强锋教授，生命中心 2013 级孙磊博士开展了 icSHAPE 的实验，为本工作提供了重要的实验证据。本研究获得了清华大学冷冻电镜平台、高性能计算平台和蛋白质分离纯化与鉴定平台的支持，数据处理在国家蛋白质科学(北京)设施清华大学高性能计算平台上进行。 /p p 　　本工作获得了国家自然科学基金委、科技部、北京市科委、生命科学联合中心和北京市结构生物学高精尖创新中心等的大力支持。 /p

美国《国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Science, USA)1月10日在线发表了中国科学院生物物理研究所朱平研究组程凌鹏副研究员等人的研究论文——Atomic model of a cypovirus built from cryo-EM structure provides insight into the mechanism of mRNA capping。该发现对研究dsRNA病毒的mRNA加帽(Capping)机制有重要意义。这是我国首次利用冷冻电镜技术解析的生物大分子原子结构模型，也是目前已报道的国内最高分辨率的冷冻电镜三维重构结果。同时，这是世界上首次利用冷冻电镜的CCD图像(电荷耦合器件图像传感器，可将图像资料由光信号转换成电信号)获得的生物大分子复合体的全原子模型。 　　本工作是完全基于生物物理所生物成像技术实验室2010年4月建成并试运行的Titan Krios电镜及其附属设备完成的，用单颗粒图像处理技术获得了呼肠孤病毒科的质型多角体病毒近原子分辨率的三维结构(3.9埃)，并独立构建了全原子模型。呼肠孤病毒科病毒是一类重要的双链RNA病毒，其感染宿主包括植物、无脊椎动物、脊椎动物和人类，其中的质型多角体病毒是其两个亚科之一。该研究解析了呼肠孤病毒科质型多角体病毒的近原子分辨率三维结构并构建了完整原子模型，确认了该病毒新生mRNA的流出通道，对研究双链RNA病毒的RNA加帽机制，新生mRNA的释放过程，以及呼肠孤病毒的蛋白衣壳的稳定性和进化具有重要意义。 　　中国科学院生物物理研究所在中国科学院蛋白质科学研究平台二期建设当中重点发展了生物大分子冷冻电镜三维重构研究平台，已经建成了具有世界先进水平的生物成像技术实验室，拥有目前最先进的300千伏Titan Krios场发射冷冻透射电子显微镜。该成果表明：我国独立开展的生物大分子冷冻电镜高分辨率研究工作达到了该领域的先进水平 和2010年10月孙飞研究组以封面形式发表于Structure的分子伴侣素结构等系列成果表明：中国科学院蛋白质科学研究平台生物成像技术实验室的成功建立，为进一步开展冷冻电子显微前沿研究奠定了坚实的基础，生物物理所生物成像技术实验室已跻身于达到近原子分辨率三维重构水平的极少数实验室行列。 　　本工作得到基金委国家自然科学基金、科技部国家重点基础研究973计划、以及中国科学院百人计划等项目资助，该文章链接为http://www.pnas.org/content/early/2011/01/05/1014995108。 　　该研究由中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室朱平研究组和孙飞研究组、华南农业大学孙京臣副教授和中山大学张景强教授等合作完成。其中，生物物理研究所朱平研究组程凌鹏副研究员完成了冷冻电镜成像和结构解析等工作，黄晓星助理研究员协助完成了病毒纯化工作，孙飞研究组研究生张凯协助完成了原子模型构建工作，生物成像中心电子显微镜平台高级工程师季刚博士提供了电镜成像技术支持。 　　 　　图片说明：质多角体病毒CPV的冷冻电镜图像(左上)和质型多角体病毒衣壳三维重构(中)。重构结果中彩色部分为组成该病毒的最基本的非对称结构单元。右图展示该非对称单元的放大图(右上)以及构建的原子模型(右下)。左下图展示的是部分氨基酸的三维重构电子密度图以及构建的原子模型，可以很清楚地看见氨基酸侧链。

p 　　对假丝酵母菌种类鉴定可指导临床更好治疗外阴阴道假丝酵母菌病 span style=" font-size: 14px " (vulvovaginalcandidiasis，VVC)， /span 但传统的假丝酵母菌的鉴定方法如芽管试验、显色培养和API鉴定等精准性不能令人满意，基因测序分析目前认为是鉴定假丝酵母菌最准确的方法，但耗时久，成本高。本研究使用毅新博创自主研发的的基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪Clin-ToF及其配套的真菌处理试剂盒，通过应用自建白假丝酵母菌复合体数据库并进行验证，使该质谱仪对白假丝酵母菌、非洲假丝酵母菌和都柏林假丝酵母菌鉴定准确率分别为98.08%、97.37%和100%，白假丝酵母菌复合体总体鉴定率97.95%，完善了MALDI-TOF MS在白假丝酵母菌复合体分型方面鉴定的应用。 /p p 　　近日，一篇题为“应用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱鉴定假丝酵母菌”发表在《中华检验医学杂志》上，文章中指出：本次研究使用了毅新质谱自主研发的基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪Clin-ToF及其配套的真菌处理试剂盒，通过建立并完善MALDI-TOF MS检测假丝酵母菌的数据库，得出的研究结果表明，MALDI-TOF MS可用于快速和准确鉴定假丝酵母菌，对假丝酵母菌复合体的鉴定有优势。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2018.8.3 1-1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/9b459e37-9598-4740-8ad4-1a0b9e80e4fd.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　 span style=" font-size: 14px " 北京大学深圳医院研发团队发表论文 /span /p p 　　快速和准确鉴定假丝酵母菌意义重大。据不完全统计，至少有75%的育龄期妇女发生过VVC，约有5%—8%的妇女反复发作，对假丝酵母菌种类准确鉴定可指导临床更好治疗VVC。但传统的假丝酵母菌的鉴定方法如芽管试验、显色培养和API鉴定等精准性均不能令人满意。基因测序分析目前被认为是鉴定假丝酵母菌最准确的方法，但该方法也有耗时久，成本高等问题。并且在VVC患者中，白假丝酵母菌、非洲假丝酵母菌和都柏林假丝酵母菌(白假丝酵母菌复合体)这三者在感染性、致病性和复发性等方面存在显著差异，如何能够区分三种假丝酵母菌，这对于临床诊断和治疗有重要意义。 /p p style=" text-align: center " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp img width=" 498" height=" 301" title=" 2018.8.3 1-2.jpg" style=" width: 265px height: 158px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/47f7eb05-6da3-457b-9193-4c7e3f4f9182.jpg" / & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px " 白假丝酵母菌& nbsp /span & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-align: center " & nbsp & nbsp & nbsp img width=" 597" height=" 454" title=" 2018.8.3 1-3.jpg" style=" width: 270px height: 153px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/2eed775f-415f-440f-9d66-cfa2f4ce0302.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px " 相关鉴定谱图 /span /p p 　　目前已有的研究成果中，各种MALDI-TOF MS对白假丝酵母菌复合体的鉴定率低，国产MALDI-TOF MS大部分不能有效区分白假丝酵母菌复合体中的三种假丝酵母菌。本次研究通过使用毅新质谱自主研发的基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪Clin-ToF及其配套的真菌处理试剂盒，建立了假丝酵母菌数据库，并对该数据库进行验证，结果显示Clin-ToF质谱仪对白假丝酵母菌、非洲假丝酵母菌和都柏林假丝酵母菌鉴定准确率分别为98.08%、97.37%和100%，白假丝酵母菌复合体总体鉴定率97.95%，优化了MALDI-TOF MS对白假丝酵母菌复合体的鉴定效能。 /p p style=" text-align: center " img width=" 408" height=" 506" title=" 2018.8.3 1-4.jpg" style=" width: 271px height: 288px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/f84fa0bb-2b9b-4f47-8e56-16e92b6d91a9.jpg" / /p p 　　毅新Clin-ToF微生物鉴定平台是一套包括仪器、试剂、数据库等在内的完整系统，具有快速鉴定、灵敏准确、简便低耗、性价比高等特点。其中微生物数据库是在国家科技部重大专项的支持下，由解放军军事医学科学院牵头，毅新与多家国内顶级科研单位历时5年，累计投入超过1.5亿元共同建立的。该数据库广泛应用于包括三甲医院、科研单位、第三方医学检验机构在内的40多家单位，临床验证超过20万株，2017年获得北京市科学技术进步奖，并连续多次满分通过卫生部室间质评。 /p p & nbsp /p

p 　　2015年1月22日，《Molecular Cell》杂志在线发表了题目为 “Cryo-EM Structure of Influenza Virus RNA Polymerase Complex at 4.3 Å Resolution”的流感病毒RNA聚合酶复合体的结构和功能研究方面的重要研究成果。 /p p 　　流感病毒属负链RNA病毒，有A、B和C型三种类型。其中，A型流感病毒是具有极强的致病性和传播能力的流感病毒种类，在过去有记录的人类历史上，曾经反复爆发，造成人类社会巨大灾难。由于流感病毒的快速变异特点，可以不断产生具有抗药性、高致病性的新毒株，从而对人类健康构成长期的重大威胁。流感病毒的复制和转录由其自身编码的流感病毒RNA聚合酶复合体负责，揭示流感病毒RNA聚合酶复合体的复制机制是控制流感病毒的关键所在，国际上对此项研究高度重视。流感病毒聚合酶包括PA，PB1和PB2三个亚基，总分子量约为250KD。对这一复合体的结构研究是揭示该复合体工作机制的关键条件之一。虽然对其结构研究的历史可追溯长达四十年，但是由于研究该复合体的难度，该复合体结构一直没有得到解析。由于其极端重要性，国际上众多国家的研究团队竞相对此开展了长期的研究，竞争十分激烈。 /p p 　　经过长期不懈的努力，由生物物理所刘迎芳和清华大学王宏伟课题组等中外多方参与的实验室最终经过通力合作，通过使用最新的高分辨率单颗粒冷冻电镜三维重构技术，解析了含有A型流感病毒RNA聚合酶大部分成分的4.3埃分辨率的四聚体电镜结构。该复合体涵盖了流感病毒聚合酶催化活性的核心区域。四聚体的每个单体内部有一个空腔。从三维重构密度图中可以清晰识别出该空腔内PB1上的催化结构域以及结合的RNA复制起始链，推测是进行RNA合成反应的区域。其活性中心结构与正链RNA聚合酶具有相似性，由此提出推测了流感病毒合成新生RNA链的机制。在四聚体复合物中，四个单体以D2对称性排列构成一个近似正方形结构。进一步的生物化学与功能研究发现该RNA聚合酶的寡聚状态与其结合的不同RNA底物相关，并可以发生单体-二体-四体之间的四级结构转换，多聚体界面残基的突变可以大大降低流感病毒的活力。在此基础上该论文首次提出了流感病毒转录和复制的转换模型，即四聚体是该复合体复制状态，而单体很可能是转录状态。在该论文的审稿过程中，法国的一个研究组率先在Nature杂志同时发表了两篇文章，分别报道了B型和蝙蝠流感病毒RNA聚合酶复合体的晶体结构。晶体结构验证了冷冻电镜解析的结构模型，但是与本工作揭示的A型流感不同，这些聚合酶仅以单体形式存在，因此无法提出复制的可能机制。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " height=" 585" src=" http://life.tsinghua.edu.cn/userfiles/image/2015/0123_t.jpg" width=" 600" / /p p 　　该项目主要研究成员包括生物物理所常胜海、孙大鹏博士、梁欢欢博士、清华大学生命科学联合中心博士研究生王家等十余名联合攻关团队成员。参加本课题研究的还有：美国UCLA的程根宏教授研究组、瑞士Paul Scherrer Institute的Dr. Meitian Wang研究组、清华大学王佳伟研究组以及浙江大学医学院感染性疾病协同创新中心的李兰娟教授研究组等。该工作的高分辨率冷冻电镜数据采集于国家蛋白质科学研究(北京)设施清华大学 a href=" http://www.instrument.com.cn/zc/1139.html" 冷冻电子显微镜 /a 平台，也获得了中科院生物物理所 a href=" http://www.instrument.com.cn/zc/1139.html" 电镜 /a 中心的大力帮助。该项研究课题得到了中国科学院先导B项目、科技部和国家自然科学基金委的资助。 /p

各相关单位：根据《河南省有色金属行业协会团体标准管理办法》的有关规定，河南省有色金属行业协会批准发布《金刚石复合体与钢钎焊工艺规范》等7项团体标准（详见附件），自 2023 年4月18日起实施，现予以公告。附件：7项团体标准编号、名称、起草单位一览表 7项团体标准编号、名称、起草单位一览表序号编号标准名称起草单位主要起草人实施日期1T/HNNMIA 30-2023金刚石复合体与钢钎焊工艺规范河南省四方达超硬材料股份有限公司、郑州机械研究所有限公司、中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司、中南大学、吉林大学、中煤科工西安研究院（集团）有限公司、中机新材研究院（郑州）有限公司裴夤崟、龙伟民、钟素娟、黄成志、赵东鹏、马佳、张冠星、王淼辉、丁天然、张伟、刘宝昌、高华、王传留、于奇、刘全明、李宏利、屈继来、邹伟、刘攀、李宇佳、董宏伟、杨娇、祖家泽2023-4-182T/HNNMIA 31-2023银铜复合带界面结合强度评价方法郑州机械研究所有限公司、中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司、河南省科学院材料研究所、太原科技大学、太原理工大学、西安中熔电气股份有限公司郝庆乐、程亚芳、王涛、张冠星、侯江涛、潘建军、高翔宇、刘付丽、史荣豪、任忠凯、李培艳、孙逸翔、刘洁、郭艳红、石晓光、张陕南、杨娇、祖家泽2023-4-183T/HNNMIA 32-2023铝合金蜂窝板真空钎焊工艺规范郑州机械研究所有限公司、中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司、中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司、江苏科技大学、新乡航空工业（集团）有限公司、浙江新锐焊接科技股份有限公司、中航西安飞机工业集团股份有限公司董显、龙伟民、钟素娟、黄俊兰、李秀朋、吕晓春、陈素明、王水庆、浦娟、郭鹏、王博、李云月、刘晓芳、李红涛、丁宗业、宋北、黄森、刘德运2023-4-184T/HNNMIA 33-2023聚晶金刚石复合片与钢钎焊接头质量评价方法河南省四方达超硬材料股份有限公司、郑州机械研究所有限公司、中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司、中南大学、吉林大学、中煤科工西安研究院（集团）有限公司裴夤崟、黄成志、龙伟民、赵东鹏、钟素娟、张伟、刘宝昌、高华、王传留、刘全明、李宏利、屈继来、黄俊兰、刘攀、邹伟、王蒙、吴奇隆2023-4-185T/HNNMIA 34-2023盾构机刮刀感应钎焊技术导则郑州机械研究所有限公司、中铁工程装备集团有限公司、宁波中机松兰刀具科技有限公司、盾构及掘进技术国家重点实验室、西南交通大学、中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司路全彬、龙伟民、钟素娟、郑永光、卢高明、丁天然、王锴、黄俊兰、胡登文、李永、董宏伟、周许升、吴奇隆、董博文、李文彬、朱宏涛2023-4-186T/HNNMIA 35-2023放热熔钎焊接头质量评价方法国网河南省电力公司电力科学研究院、郑州机械研究所有限公司、中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司、华北水利水电大学、浙江新锐焊接科技股份有限公司、河南职业技术学院沈元勋、耿进锋、崔大田、李秀朋、杜君莉、夏大伟、王琴、郭军华、王水庆、李云月、刘德运、赵明远、姜超、宋昕怡2023-4-187T/HNNMIA 36-2023大尺寸硬质合金串珠钎焊工艺规范郑州机械研究所有限公司、宁波中机松兰刀具科技有限公司、中铁工程装备集团有限公司、盾构及掘进技术国家重点实验室、交通运输部上海打捞局、西南交通大学路全彬、龙伟民、钟素娟、王锴、郑永光、张雷、胡登文、黄成志、李永、李文彬、吴奇隆、卢高明、杨鹏、董博文、周许升、付龙、邹伟、郭艳红、佘春、司浩、董媛媛、井培尧2023-4-18河南省有色金属行业协会2023年4月18日关于发布《金刚石复合体与钢钎焊工艺规范》等7项团体标准的公告.pdf1-团体标准-金刚石复合体与钢钎焊工艺规范.pdf2-团体标准-银铜复合带界面结合强度评价方法.pdf4-团体标准-聚晶金刚石复合片与钢钎焊接头质量评价方法.pdf3-团体标准-铝合金蜂窝板真空钎焊工艺规范.pdf5-团体标准-盾构机刮刀感应钎焊技术导则.pdf6-团体标准-放热熔钎焊接头质量评价方法.pdf7-团体标准-大尺度硬质合金串珠钎焊工艺规范.pdf

1. 文章信息标题：Enhanced photocatalytic NO removal with the superior selectivity for NO2−/NO3− species of Bi12GeO20-based composites via a ball-milling treatment: Synergetic effect of surface oxygen vacancies and n-p heterojunctions页码：Composites Part B: Engineering, 2022: 109600.2. 文章链接专用链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S13598368210096653．期刊信息期刊名：Composites Part B: EngineeringISSN：1359-8368影响因子：11.322分区信息：中科院一区Top JCR分区（Q1）涉及研究方向：工程技术: 多学科；材料科学，复合物4. 作者信息：上海理工大学常飞（第一作者，第一通讯作者），胡学锋（第二通讯作者），刘登国（第三通讯作者），孔源（第四通讯作者）5. 光源型号：北京中教金源（CEL-LAX500, Aulight, Beijing）（500 W氙灯）文章简介：氮氧化物（NOx，主要指NO和NO2）是造成酸雨、臭氧形成、光化学烟雾和全球变暖等环境问题的主要原因之一。此外，氮氧化物能够对人类健康产生各种有害的影响，长期接触低浓度氮氧化物会引起慢性咽喉炎、慢性支气管炎等，也会引发不同程度的神经衰弱综合症及牙齿酸蚀症。由于2019年臭氧浓度明显增加，氮氧化物减排已列入中国“十四五”规划。在汽车动力装置和带有燃烧单元工业装置产生的NOx中，NO是一种占比很大的重要成分，应该通过适当的处理过程来有效消除。由于在温和条件下，半导体光催化技术可以通过吸收具有适当能量的入射光，以空气中的分子氧作为氧化剂来完成各种污染物的去除，特别适合低浓度（ppb）水平NOx的有效去除。在此过程中，NO的氧化易导致具有更强毒性NO2的累积，因此需要设计合成具有良好NO去除和抑制NO2 产生的催化体系。虽然机械球磨法可以满足实验室和工业生产的各种需求，被认为是材料加工中最经济、直接、绿色的技术之一，并经常用于固相之间的物理混合和化学改性，但从未用于球磨制备Bi2S3。而且在球磨过程中，固-固接触界面可以诱导表面氧空位（OVs）的产生。界面光生载流子和活性物种调控和体系的光催化性能密切相关。表面OVs作为吸附和反应活性位点，易于协同异质结构提高载流子的转移和分离效率，有效促进活性物种的生成和体系光催化性能的改善，因此在光催化NO去除领域颇受关注。为提高软铋矿Bi12GeO20的光催化NO去除效率，本文首次以硫粉为硫源，采用绿色环保的机械球磨技术制备了Bi12GeO20基复合材料Bi12GeO20-Bi2S3。经分析表征，证实形成了具有丰富表面OVs的n-p异质结构的复合体系。这些复合材料在可见光下可有效增强ppb浓度水平NO的光催化去除，对生成硝酸根和亚硝酸根离子具有较高的选择性，显著抑制了毒性中间体NO2的产生。其中，最佳的复合样品BGS0.1具有最高的NO去除率和最强的硝酸根和亚硝酸根选择性（96%），这主要与增强的可见光吸收、优异的微观结构和匹配的能带结构密切相关。密度泛函理论计算表明表面OVs对异质复合体系的能带结构和反应路径具有明显影响：表面OVs能促进NO的吸附，表面OVs与异质结构一起能促进后续的氧化去除过程。基于实验和分析结果，初步推测这些具有良好结构稳定性和可重复利用性的n-p异质结构为Z-Scheme复合体系。本研究为机械球磨构建具有丰富表面氧空位的异质结构复合体系进行了有益尝试，也为软铋矿Bi12GeO20的改性及在可见光光催化去除NO方面的研究提供了新的思路。 图 1所制备样品的NO浓度变化 (a)，NOx 浓度变化 (b)，NO2产生 (c)及NO2-/NO3-的选择性(d) 图 2 BGO (a)，BGS0.1 (b)吸附过程和BGO (c)，BGS0.1 (d)光催化NO去除过程的原位DRIFTS图 图 3 BGS0.1(N) (a)和BGS0.1 (b)的变化密度分布，BGO, BGS0.1(N), 和BGS0.1 的吸附和反应活化能的DFT计算变化 (c) 图 4 BGS复合体系光催化去除NO的机理图

结构生物学领域有一条不成文的观点：结构决定功能。只有知道生物分子的原子排布，科学家们才能了解这个蛋白的功能。几十年来，分析蛋白结构有一个无冕之王——X射线晶体衍射。在X射线晶体衍射中，科学家们让蛋白结晶，然后利用X射线照射，随后根据X射线的衍射来重建蛋白的结构。在蛋白质数据银行(Protein Data Bank)的100000多条蛋白词目里，超过90%的蛋白结构是利用X射线晶体衍射技术解析得到的。　　尽管X射线晶体衍射一直是结构生物学家的最佳工具，但是它存在较大的限制。科学家们将蛋白进行大块结晶通常需要多年的时间。而很多基础蛋白分子，例如嵌在细胞膜上的蛋白，或是形成复合体的蛋白却无法被结晶。　　X射线晶体衍射技术(X-ray crystallography)即将成为历史，低温电子显微技术(cryo-electron microscopy, 也称作electron cryomicroscopy, cryo-EM)引发结构生物学变革。　　低温电子显微镜适用于研究大的、稳定的分子，这些分子能够承受电子的轰击，而不发生变形——由多个蛋白组成的分子机器是最好的样本。因此由RNA紧紧围绕的核糖体是最佳的样本。三位化学家用X射线晶体衍射研究核糖体溶液的工作在2009年获得了诺贝尔化学奖，但这些工作花了几十年。近几年，低温电镜研究者们也陷入了“核糖体热”。多个团队研究了多种生物的核糖体，包括人类核糖体的首个高清模型。X射线晶体衍射的研究成果远远落后于LMB的Venki Ramakrishnan实验室，Venki获得了2009年的诺奖。Venki表示，对于大分子来说，低温电子显微镜远比X射线晶体衍射要实用。　　这几年，低温电子显微镜的相关文章有很多：2015年一年，这个技术就用于100多个分子的结构研究。X-射线晶体衍射只能对单个、静态的蛋白晶体成像，但低温电子显微镜能够对蛋白的多种构象进行成像，帮助科学家们推断蛋白的功能。　　现在低温电镜迅猛发展，专家们正在寻找更大的挑战作为下一个解析目标。对很多人来说，最想解析的是夹在细胞膜内的蛋白。这些蛋白是细胞信号通路中的关键分子，也是比较热门的药物靶标。这些蛋白很难结晶，而低温电子显微镜不大可能对单个蛋白进行成像，这是因为很难从背景噪音中提取这些信号。　　这些困难都无法阻挡加利福利亚大学(University of California)的生物物理学家程亦凡。他计划解析一种细小的膜蛋白TRPV1。TRPV1是检测辣椒中引起灼烧感的物质的受体，并与其它痛感蛋白紧密相关。加利福利亚大学病理学家David Julius等人之前尝试结晶TRPV1，结果失败。用低温电子显微镜解析TRPV1项目，一开始进展缓慢。但2013年底，技术进步使得这一项目有了重大突破，他们获得了分辨率为0.34纳米的TRPV1蛋白的结构。该成果的发表对于领域来说，无异于惊雷。因为这证实了低温电子显微镜能够解析小的、重要的分子。　　尽管低温电子显微镜发展迅速，很多研究者认为，它仍有巨大提升空间。他们希望能制造出更灵敏的电子探测器，以及更好地制备蛋白样本的方法。这样的话，就能够对更小的、更动态的分子进行成像，并且分辨率更高。5月，有研究者发表了一篇细菌蛋白的结构，分辨率达到了0.22纳米。这也显示了低温显微镜的潜力。　　1997年时，英国医学研究委员会分子生物学实验室结构生物学家Richard Henderson非常坚定地宣称，低温电镜会成为解析蛋白结构的主流工具。在将近20年后的今天，他的预测比当年有了更多底气。Henderson表示，如果低温电镜保持这样的势头继续发展，技术问题也得以解决，那么低温电镜不仅会成为解析蛋白结构的第一选择，而是主流选择。这个目标已经离我们不远了。　　1. 施一公小组在《Science》发两篇论文报道剪接体三维结构　　　　U4/U6.U5 tri-snRNP电镜密度及三维结构示意图。　　2015年8月21日，清华大学生命科学学院施一公教授研究组在国际顶级期刊《科学》(Science)同时在线发表了两篇背靠背研究长文，题目分别为“3.6埃的酵母剪接体结构”(Structure of a Yeast Spliceosome at 3.6 Angstrom Resolution)和“前体信使RNA剪接的结构基础”(Structural Basis of Pre-mRNA Splicing)。第一篇文章报道了通过单颗粒冷冻电子显微技术(冷冻电镜)解析的酵母剪接体近原子分辨率的三维结构，第二篇文章在此结构的基础上进行了详细分析，阐述了剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理。清华大学生命学院博士后闫创业、医学院博士研究生杭婧和万蕊雪为两篇文章的共同第一作者。　　这一研究成果具有极为重大的意义。自上世纪70年代后期RNA剪接的发现以来，科学家们一直在步履维艰地探索其中的分子奥秘，期待早日揭示这个复杂过程的分子机理。施一公院士研究组对剪接体近原子分辨率结构的解析，不仅初步解答了这一基础生命科学领域长期以来备受关注的核心问题，又为进一步揭示与剪接体相关疾病的发病机理提供了结构基础和理论指导。详细新闻报道参见：施一公研究组在《科学》发表论文报道剪接体组装过程重要复合物U4/U6.U5 tri-snRNP的三维结构。(Science, 20 Aug 2015, doi: 10.1126/science.aac7629 doi: 10.1126/science.aac8159)　　2. Science：HIV重大突破!史上最详细HIV包膜三维结构出炉!　　　　这项研究首次解析出HIV Env三聚体处于自然状态下的高分辨率结构图，其中HIV利用Env三聚体侵入宿主细胞。图片来自The Scripps Research Institute。　　在一项新的研究中，TSRI的研究人员解析出负责识别和感染宿主细胞的HIV蛋白的高分辨率结构图片。相关研究结果发表在2016年3月4日那期Science期刊上，论文标题为“Cryo-EM structure of a native, fully glycosylated, cleaved HIV-1 envelope trimer”。　　这项研究是首次解析出这种被称作包膜糖蛋白三聚体(envelope glycoprotein trimer，以下称Env三聚体)的HIV蛋白处于自然状态下的结构图。这些也包括详细地绘制这种蛋白底部的脆弱位点图，以及能够中和HIV的抗体结合位点图。(Science, 04 Mar 2016, doi: 10.1126/science.aad2450)　　3. Nature：史上最详细转录因子TFIID三维结构出炉，力助揭示人类基因表达秘密　　在一项新的研究中，来自美国加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室和西班牙国家研究委员会(CSIC)罗卡索拉诺物理化学研究所的研究人员在理解我们体内被称作转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC)的分子机构(molecular machinery)如何发现合适的DNA片段进行转录方面取得重大进展。他们史无前例地详细呈现一种被称作TFIID的转录因子所发挥的作用。相关研究结果于2016年3月23日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Structure of promoter-bound TFIID and model of human pre-initiation complex assembly”。论文通信作者是劳伦斯伯克利国家实验室生物物理学家Eva Nogales，论文第一作者是Nogales实验室生物物理学研究生Robert Louder。其他作者是Yuan He、José Ramón López-Blanco、Jie Fang和Pablo Chacón。　　这一发现是非常重要的，这是因为它为科学家们理解和治疗一系列恶性肿瘤铺平道路。Eva Nogales说，“理解细胞中的这种调节过程是操纵它或当它变坏时修复它的唯一方式。基因表达是包括从胚胎发育到癌症在内的很多重要生物学过程的关键。一旦我们能够操纵这些基本机制，那么我们就能够要么校正应当或不应当存在的基因表达，要么阻止这种过程[即基因表达]失去控制时的恶性状态。”(Nature, 31 March 2016, doi:10.1038/nature17394)　　4. Science：科学家成功解析人类剪接体关键结构　　　在最近发表的一篇Science研究论文中，来自德国的科学家们利用冷冻电镜技术首次在分子级分辨率水平上重现了人类剪接体中一个关键复合体——U4/U6.U5 tri-snRNP的结构。剪接体是一种由RNA和蛋白质组成的用于切掉mRNA前体中内含子的分子机器。该研究解析的U4/U6.U5 tri-snRNP是构成剪接体的一个重要组成部分，研究人员利用单颗粒冷冻电镜获得了人类U4/U6.U5 tri-snRNP的三维结构，该复合体分子量达到180万道尔顿，解析分辨率达到7埃。该研究模型揭示了Brr2 RNA解螺旋酶如何在分离的人类tri-snRNP中通过空间结构阻止未成熟的U4/U6 RNA发生解链，还展现了泛素C端水解酶样蛋白Sad1如何将Brr2固定在预激活位置。　　研究人员将他们获得的结构模型与酿酒酵母tri-snRNP以及裂殖酵母剪接体的结构进行了对比，结果表明Brr2在剪接体激活过程中发生了显著的构象变化，支架蛋白Prp8也发生了结构变化以容纳剪接体的催化RNA网络。(Science, 25 Mar 2016, doi: 10.1126/science.aad2085)　　5.北京大学毛有东、欧阳颀课题组与其合作者在Science发表炎症复合体冷冻电镜结构　　　　炎症复合体三维结构　　北京大学物理学院毛有东研究员、北京大学物理学院/定量生物学中心欧阳颀院士与哈佛医学院吴皓教授合作利用冷冻电子显微镜技术解析了近原子分辨率的炎症复合体的三维结构，首次阐释了其复合物在免疫信号转导过程中的单向多聚活化的分子结构机理。该研究工作以“Cryo-EM Structure of the Activated NAIP2/NLRC4 Inflammasome Reveals Nucleated Polymerization”为题于2015年10月8日在线发表在国际期刊Science。　　先天免疫是人类免疫系统的重要组成部分，炎症复合体在触发先天免疫响应的过程中起到了关键信号转导的效应器作用，从而启动细胞凋亡等免疫应答和炎症反应。炎症复合体是胞浆内一组复杂的多蛋白复合体，是胱天蛋白酶活化所必需的反应平台，其复合物单体由多个结构域构成，并在上游蛋白的激活下诱导组装形成环状复合物。炎症复合体的结构对于认识先天免疫的信号转导过程、免疫调控和病原诱导活化等免疫响应机理具有关键的核心价值，因而成为国内外一流结构生物学和免疫学实验室追捧的研究对象。(Science, 23 Oct 2015, 10.1126/science.aac5789)　　6. Nature：施一公团队揭示γ -分泌酶原子分辨率结构　　　　人体γ -分泌酶3.4埃三维结构　　日前，清华大学教授施一公团队与国外学者合作，构建了分辨率高达3.4埃的人体γ -分泌酶的电镜结构，并且基于结构分析了γ -分泌酶致病突变体的功能，为理解γ -分泌酶的工作机制以及阿尔茨海默氏症的发病机理提供了重要基础。相关成果8月18日在《自然》发表。　　阿尔茨海默氏症是最为严峻的老年神经退行性疾病之一，但其发病机理尚待揭示。目前研究已知β -淀粉样沉淀是该病的标志性症状之一。而β -淀粉样沉淀的产生是APP蛋白经过一系列蛋白酶切割产生的短肽聚集而来。在此切割过程中，最关键的蛋白酶是γ -分泌酶。γ -分泌酶由四个跨膜蛋白亚基组成，其中，编码Presenilin(PS1)蛋白的基因中有200多个突变与阿尔茨海默氏症病人相关。γ -分泌酶在阿尔茨海默氏症的发病中扮演着重要角色。　　研究人员通过收集更多的数据、大量的计算并升级分类方法，计算构建出3.4埃原子分辨率γ -分泌酶的三维结构，可以观察到绝大部分氨基酸的侧链以及胞外区部分糖基化修饰和结合的脂类分子。在高分辨结构的基础上，施一公研究组对PS1上的致病性突变体进行了研究，发现这些突变主要集中在两个较为集中的区域内。他们对于其中一些突变体进行了生化性质的研究，发现这些突变会影响γ -分泌酶对于底物APP的酶切活性，然而对切割活性的影响却有所不同。(Nature, 10 September 2015, doi:10.1038/nature14892)　　7. Nature：人类核糖体结构终于被解析!　　　　核糖体是进行蛋白质翻译的机器，能够催化蛋白质合成。目前，许多研究已经对多种生物的核糖体结构进行了原子水平的结构解析，但获得人核糖体结构一直存在很大挑战，这一问题的解决对于人类疾病的深入了解以及治疗手段和策略的开发都有重要意义。　　近日，著名国际学术期刊nature在线发表了法国科学家关于人类核糖体结构解析的最新研究进展。　　在该项研究中，研究人员利用高分辨率单颗粒低温电子显微镜以及原子模型构建的方法获得了人类核糖体接近原子水平的结构。该核糖体结构的平均分辨率为3.6A，接近最稳定区域的2.9A分辨率水平。这一研究成果对人类核糖体RNA，氨基酸侧链的实体结构，特别是转运RNA结合位点以及tRNA脱离位点处的特定分子相互作用提供了深入见解，揭示了核糖体大小亚基接触面的原子细节，发现在核糖体大小亚基的旋转运动过程中，其接触面发生了强烈的重构过程。(Nature, 30 April 2015, doi:10.1038/nature14427)　　8. Nature：日本科学家成功解析代谢关键因子受体结构　　近日，著名国际学术期刊nature在线发表了日本科学家的最新研究进展，他们利用结构生物学方法对脂联素(adiponectin)受体，AdipoR1和AdipoR2，进行了结构解析，发现脂联素受体具有与G蛋白偶联受体不同的七次跨膜螺旋，对于靶向脂联素受体的肥胖及其相关代谢疾病治疗方法开发具有重要意义。　　在该项研究中，研究人员对人类AdipoR1和AdipoR2的晶体结构进行了解析，分辨率分别达到2.9 ?和2.4 ?，他们通过解析发现脂联素受体是具有不同结构的一类新受体。脂联素受体的这种七次跨膜螺旋在构象上与G蛋白偶联受体的七次跨膜螺旋不同，在这种新的 七次跨膜螺旋中，由三个保守组氨酸残基协同一个锌离子形成了一个大的腔体。这种锌结合结构可能在adiponectin刺激的AMPK磷酸化和UCP2表达上调方面具有一定作用。(Nature, 16 April 2015, doi:10.1038/nature14301 )　　9. Molecular Cell：中国科学家揭示A型流感病毒RNA聚合酶复合体的三维冷冻电镜结构　　2015年1月22日，中科院生物物理所刘迎芳研究组与清华大学王宏伟研究组在著名期刊Molecular Cell杂志在线发表了题目为 “Cryo-EM Structure of Influenza Virus RNA Polymerase Complex at 4.3 ? Resolution”的论文，揭示了流感病毒RNA聚合酶复合体的结构和功能。　　生物物理所刘迎芳和清华大学王宏伟课题组等中外多方参与的实验室通过使用最新的高分辨率单颗粒冷冻电镜三维重构技术，解析了含有A型流感病毒RNA聚合酶大部分成分的4.3埃分辨率的四聚体电镜结构。该复合体涵盖了流感病毒聚合酶催化活性的核心区域。从三维重构密度图中可以清晰识别出该空腔内PB1上的催化结构域以及结合的RNA复制起始链，据此，研究人员推测这是进行RNA合成反应的区域。这一活性中心结构与正链RNA聚合酶具有相似性，研究人员也因此提出了流感病毒合成新生RNA链的机制。(Molecular Cell, 5 March 2015, doi:10.1016/j.molcel.2014.12.031)　　10. Cell：科学家获得首个中介体复合物精确结构图　　　　中介体复合物(Mediator Complex)是细胞中最大也最为复杂的分子机器之一。现在，来自斯克利普斯研究所(TSRI)的科学家们在《细胞》杂志上报告称，他们利用用电镜获得了首个中介体复合物(Mediator)的精确结构图。　　Mediator是所有动植物细胞中的关键分子机器，对于绝大多数基因的转录有着至关重要的调控作用。Mediator拥有二十多个蛋白亚基，解析它的结构是基础细胞生物学的一大进步。这一成果能够为许多疾病提供宝贵的线索(从癌症到遗传性的发育疾病)。论文资深作者，TSRI副教授Francisco Asturias表示："明确这些大分子机器的结构和作用机制，可以帮助我们理解许多关键的细胞过程。"　　在这项新研究中，研究人员获得了高纯度的酵母Mediator，并通过电镜成像得到了迄今为止最为清晰的Mediator3D模型，分辨率达到约18埃。随后他们又进行了多种生化分析，例如在逐个去除蛋白亚基的同时观察电镜图像发生的改变。他们由此确定了酵母Mediator25个蛋白亚基的精确定位。　　项新研究获得的结构图谱，全面修正了之前的Mediator' 粗略模型。论文第一作者Kuang-LeiTsai表示："定位了所有的蛋白亚基之后，我们发现头部模块应该位于Mediator的顶部而不是底部。"此外，研究人员还对人类Mediator进行了深入研究。Tsai说："大体上看，人类和酵母的Mediator总体结构颇为类似。"最后研究人员在结构数据的基础上，为人们展示了Mediator调控转录时的构象变化。(Cell, 29 May 2014, doi: 10.1016/j.cell.2014.05.015)

大家好，本周为大家分享一篇发表在Accounts of Chemical Research上的综述，Native Mass Spectrometry at the Convergence of Structural Biology and Compositional Proteomics [1]，文章的通讯作者是美国西北大学的Neil L. Kelleher教授。生命活动由一系列生物大分子相互作用驱动，这些相互作用距今已进化了数十亿年。正如乙酰化和磷酸化等共价修饰可以改变蛋白质的功能一样，与金属、小分子和其他蛋白质的非共价相互作用也可以改变蛋白质的功能。然而，传统的蛋白质组学方法会分离非共价相互作用并使蛋白质变性，导致许多蛋白质水平的生物学信息尚未被发现或仅靠推断获取。就在过去的几年中，质谱(MS)技术不断发展，目前已具备维持内源性蛋白复合物完整组成并表征其特征的能力。采用非变性质谱(Native Top-Down MS, nTDMS)激活蛋白复合体，可以释放部分或全部亚基，通过与中性气体或固体表面碰撞，在进一步表征之前分离。亚单位质量、母离子质量和活化亚单位的碎片离子可以拼凑出复合物的精确分子组成，包括蛋白质修饰在内的相互作用也能被阐明，并与人类疾病状态下的功能障碍联系起来。在本综述中，作者详述了nTDMS技术目前的发展和未来在表征更大的生物复合体方面所面临的挑战。目前，nTDMS可以靶向内源性核小体复合物，而病毒颗粒、外泌体和高密度脂蛋白颗粒表征或将在未来几年内得到深度解析。为充分解决这类大小为兆到千兆道尔顿级别的复合物的表征，未来的工作将主要集中于非变性分离、单离子质谱(Single ion mass spectrometry)和新的数据类型。为了实现这一目标，Kelleher教授课题组近年来发展了一系列策略，概括为以下几个方面（1）靶向非变性质谱表征整个核小体（图1）；（2）非靶向蛋白质组学深度解析内源性蛋白质复合物；（3）单分子质谱(Single molecule MS)。其中提到，阻止对非变性蛋白质进行整体表征最大的障碍之一可能是分子量分布于100 kDa到1 MDa的复合物的分辨率较差。而电荷检测MS通过直接测量离子电荷提供大型复合物的分子分布。此外有研究表明，通过对单分辨离子进行centroiding和rebinning，Orbitrap仪器的有效分辨率可以在电荷检测工作流程之上大大提高。在这种被称为“单离子质谱法(Individual Ion Mass Spectrometry, I2MS)”的技术中，可以同时检测数千个单离子，并允许在复杂混合物中分配约500种proteoforms的质量（前提是它们先前已被表征并且在数据库中可查找）。I2MS可用于分析病毒样颗粒和AAVs（图2）。图1. 核小体表征图2. 病毒颗粒检测未来随着技术的发展和创新，nTDMS都将扩展到研究极其稀缺和高度异质的生物复合物，了解蛋白质间的相互作用以及它们是如何出错的（例如错误折叠，在功能失调的化学计量和组成中形成复合物）。这些将不仅为疾病治疗的发展提供信息，还将深化我们在分子水平上对生命的理解。撰稿：张颖编辑：李惠琳原文：Native Mass Spectrometry at the Convergence of Structural Biology and Compositional Proteomics

p 　　记者从中国科学技术大学了解到：近日，中国科学技术大学蔡刚团队与南京农业大学王伟武团队合作，在DNA修复的关键蛋白ATR激酶研究方面获得重大突破，在国际上首次在亚纳米尺度上描绘出ATR激酶的三维结构。通过获知这种蛋白对DNA损伤的响应机制，有望指导抗癌新药开发。国际权威学术期刊《科学》12月1日发表了该成果。 /p p 　　据了解，人体细胞通过不断分裂来修补和替换受损组织，每一次的分裂都需要重新“复印”一次细胞的“遗传蓝图”。随着DNA的复制，会不可避免地发生“错印”，这种损伤若是得不到修复，就会导致细胞的死亡或癌变。 /p p 　　一旦感受到DNA损伤的迹象，一种叫做ATR激酶的蛋白质就会活化细胞固有修复系统。作为机体负责维持细胞稳态的六大蛋白质激酶之一，ATR激酶负责启动细胞对DNA损伤和复制压力的修复。 /p p 　　ATR激酶是如何响应DNA损伤的，又如何活化修复系统的?解析ATR激酶的活化机制，一直是现代生命科学领域的核心问题之一。 /p p 　　据论文通讯作者、中国科学技术大学蔡刚教授介绍，他的团队利用电子显微镜，在0.39纳米的精度下构建了酵母中Mec1—Ddc2复合物的原子模型。这种复合物与人体内的ATR激酶和它的信号通路伴侣蛋白ATRIP，具有很高的结构相似度。 /p p 　　蔡刚说，对Mec1—Ddc2复合物进行数据收集、图像处理和三维重构的方法，可以获得近原子级别精度的三维结构，有助于阐明人类ATR—ATRIP复合物的结构和分子机制。 /p p 　　据了解，ATR激酶被视为潜在的癌症治疗靶点。处于待激活状态的ATR激酶，一旦检测到DNA损伤迹象，会迅速被激活。高分辨率的结构信息揭露了ATR激酶的调控位点，阐明其调控机制，有望指导新型癌症治疗药物的开发。 /p p 　　蔡刚教授和他的团队目前正在对酵母Mec1—Ddc2复合物及人类ATR—ATRIP复合体的不同激活阶段进行成像，期望开发特定性更强和效率更高的ATR激酶抑制剂，以便探索优化癌症治疗的可能性。 /p p /p

4月15日，国家蛋白质科学研究(上海)设施质谱分析系统用户浙江大学夏总平实验室在PLoS Pathogens 刊物上在线发表题为HTLV-1 Tax Functions as a Ubiquitin E3 Ligase for Direct IKK Activation via Synthesis of Mixed-Linkage Polyubiquitin Chains 的研究论文。　　人T细胞白血病病毒Ⅰ型(HTLV-1)是第一种被发现的与人类疾病相关的逆转录病毒，全球已有超过1500万人被感染，该病毒能够引起包括成年人T细胞白血病(ATL)、HTLV-1相关性脊髓病/热带痉挛性瘫痪(HAM/TSP)以及HTLV-1葡萄膜炎(HU)在内的诸多严重疾病。HTLV-1感染后一旦发展成为ATL，由于其病程发展快且预后差，85%的患者会在发病后4年内死亡。遗憾的是，针对HTLV-1至今仍没有疫苗或者有效的治疗方法。　　在HTLV-1的基因组上，除了编码逆转录病毒所必须的结构和功能蛋白以外，还编码着一系列的调节蛋白，包括Tax、Rex、HBZ等。其中，最重要并且研究最为广泛的，就是Tax。已有的研究表明，Tax激活IKK-NF-κ B通路的能力，对于HTLV-1引起ATL等疾病是必要的。但是，其具体激活的机制并不明了。　　为了探究Tax激活IKK-NF-κ B的具体的生化机制，夏总平实验室首先在体外无细胞体系中建立了一个Tax激活IKK的生化反应。利用这个反应，结合经典生物化学分离纯化的方法，他们鉴定到宿主细胞内的几种特定的E2泛素转移酶——UbcH2、UbcH5c和UbcH7——对于Tax的活力是必要的。他们进一步发现Tax是一个E3泛素连接酶，它能够利用上述E2合成非锚定的混合型多聚泛素链(free mixed-linkagepolyubiquitin chains)。而这种泛素链在体外可以直接地激活IKK。　　质谱系统彭超博士作为该项研究的合作者和共同作者，通过基于质谱技术的蛋白质组学方法帮助解析确定了这种非锚定的混合型多聚泛素链，并进行了初步的定量分析，为此项研究提供了强有力的专业技术支持，为成果的发表做出了积极贡献。　　这项研究揭示了Tax的新型生化功能以及它在激活IKK-NF-κ B通路中具体的生化机制，阐明了前人研究中的诸多矛盾和疑问，为后续相关研究以及HTLV-1感染的治疗提供了理论依据。　 Tax激活IKK-NF-κ B通路机制模式图。在炎症因子(如IL-1β )刺激细胞时，E3 TRAF6和E2 Ubc13/Uev2会合成K63连接的多聚泛素链，以此来激活TAK1激酶复合体，TAK1磷酸化激活下游的IKK激酶复合体，并最终使NF-κ B通路激活。而当HTLV-1感染时，病毒编码的蛋白Tax作为一个E3，能够利用宿主细胞内的泛素化系统合成混合型连接的多聚泛素链，这种泛素链可以直接激活IKK激酶复合体，从而使NF-κ B通路激活，造成慢性炎症，并最终引起包括成年人T细胞白血病(ATL)在内的诸多疾病。

研究背景来自于痘病毒科，正痘病毒属家族的痘病毒是一类大的、具有囊膜的DNA病毒。在痘病毒的12个成员中，有些是重要的人类病毒，例如猴痘病毒（最近暴发的猴痘疫情，截至2023年1月30日，已传播至110个国家或地区，并造成全球范围内85449人感染，89人死亡）、天花病毒（一种可引起天花的高度传染性及致命性的病原体）、痘苗病毒（VACV，一种用于预防天花和猴痘的自然减毒活疫苗）等。正痘病毒的持续性传播及流行对全球的公共卫生安全造成了极大威胁。因此，迫切需要鉴定正痘病毒所编码的入侵相关蛋白，以促进更有效的抗病毒疗法的研发。科研速递入侵是病毒建立感染的第一步，也是机体体液免疫所靶向的重要阶段。与大多数其它囊膜病毒利用一种或少数几种病毒蛋白行使入侵功能不同，痘病毒可编码4种蛋白（A26、A27、D8、H3）和另外的11种蛋白（A16、A21、A28、F9、G3、G9、H2、J5、L1、L5、O3）来分别介导病毒的粘附和膜融合。病毒的11种融合相关蛋白还可进一步组装成一个大型复合物，称为入侵-融合复合体（EFC）。此外，先前的反向遗传学研究表明，几乎每个EFC蛋白都可在痘病毒生命周期的粘附后（半融合或完全融合）过程发挥关键作用。因此，对EFC组分或复合物的结构研究将有助于逐步揭示EFC的神秘融合机制，并进一步促进预防/治疗药物的研发。 然而，在本研究之前，仅有两个EFC组分的蛋白结构（F9和L1）得以解析。 四川大学逯光文教授团队在2023年1月在感染性疾病领域高水平期刊Emerging Microbes & Infections（ IF= 19.568）上发表了题目为「Crystal structure of vaccinia virus G3/L5 sub-complex reveals a novel fold with extended inter-molecule interactions conserved among orthopoxviruses」对G3/L5两个蛋白结构做出了最新的研究！（原文地址：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/22221751.2022.2160661) 助力设备 逯光文教授团队在该研究中使用赛谱仪器SDL蛋白层析系统，用离子交换色谱，凝胶过滤色谱及蛋白质印迹法鉴定并获得了痘苗病毒G3/L5异源二聚体复合物。

聚焦蛋白质互作研究进展与实验方法研究蛋白-蛋白相互作用是理解生命活动的基础。蛋白质—蛋白质互作网络是生物信息调控的主要实现方式，是决定细胞命运的关键因素。检测蛋白质间相互作用的实验方法有哪些？这些检测方法各有什么优缺点?总结如下。1. 生化方法●共纯化、共沉淀，在不同基质上进行色谱层析(需要补充)●蛋白质亲和色谱 基本原理是将一种蛋白质固定于某种基质上(如Sepharose)，当细胞抽提液经过改基质时，可与改固定蛋白相互作用的配体蛋白被吸附，而没有吸附的非目标蛋白则随洗脱液流出。被吸附的蛋白可以通过改变洗脱液或者洗脱条件而回收下来。GST pull down技术：为了更有效的利用蛋白质亲和色谱，可以将待纯话的蛋白以融合蛋白的形式表达，即将”诱饵“蛋白与一种易于纯化的配体蛋白融合。例如与GST融合的蛋白再经过GSH的色谱柱时，就可以通过GST和GSH的相互作用而被吸附。当载有细胞抽提物经过柱时，就可以得到能够与“诱饵”蛋白相互作用的目标蛋白了。Epitope-tag技术：表位附加标记技术 就是将附加的抗原 融合到目的蛋白以检测目的蛋白的表达，同时还可以通过亲和层析法来纯化目的蛋白。 缺点：表位附加标记可能会使融合蛋白不稳定，改变或使融合蛋白功能丧失。以上两种方法都要共同的缺点：假阳性。实验所检测到的相互作用可能时由蛋白质所带电荷引起的，并不是生理性的相互作用 蛋白的相互作用可能并不是直接的，可是由第三者作为中介的 有时会检测到两种在细胞中不可能相遇却有极强亲和力的蛋白。因此实验结果还应经其他方法验证。●免疫 共沉淀 免疫共沉淀是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的经典方法。改法的优点是蛋白处于天然状态，蛋白的相互作用可以在天然状态下进行，可以避免认为影响 可以分离得到天然状态下相互作用的蛋白复合体。 缺点：免疫共沉淀同样不能保证沉淀的蛋白复合物时候为直接相互作用的两种蛋白。另外灵敏度不如亲和色谱高。●Far-Western 又叫做亲和印记。将PAGE胶上分离好的凡百样品转移到硝酸纤维膜上，然后检测哪种蛋白能与标记了同位素的诱饵蛋白发生作用，最后显影。 缺点是转膜前需要将蛋白复性。2. 等离子表面共振技术(Surface plasmon resonance)该技术是将诱饵蛋白结合于葡聚糖表面，葡聚糖层固定于几十纳米厚的技术膜表面。当有蛋白质混合物经过时，如果有蛋白质同“诱饵”蛋白发生相互作用，那么两者的结合将使金属膜表面的折射绿上升，从而导致共振角度的改变。而共振角度的改变与该处的蛋白质浓度成线性关系，由此可以检测蛋白质之间的相互作用。该技术不需要标记物和染料，安全灵敏快速，还可定量分析。缺点：需要专门的等离子表面共振检测仪器。3. 遗传学方法使某处发生缺损，检测对其他地方的影响。●基因外抑制子。基因外抑制子是通过一个基因的突变 来弥补原有基因的突变。比如相互作用的蛋白A和B，如果A发生了突变使两者不再相互作用，此时B如果再发生弥补性突变就可以使两者的相互作用恢复，那么B就是A的基因外抑制子。 缺点：需要知道基因，要有表型，筛选抑制子比较费时。●合成致死筛选 指两个基因同时发生突变会产生致死效应，而当每个基因单独发生突变时则无致死效应。用于分析两个具有相同重要蛋白之间的相互作用。4. 双杂交技术原理基于真核细胞转录因子的结构特殊性，这些转录因子通常需要两个或以上相互独立的结构域组成。分别使结合域和激活域同诱饵蛋白和猎物蛋白形成融合蛋白，在真核细胞中表达，如果两种蛋白可以发生相互作用，则可使结合域和激活域在空间上充分接近，从而激活报告基因。 缺点：自身有转录功能的蛋白会造成假阳性。融合蛋白会影响蛋白的真实结构和功能。不利于核外蛋白研究，会导致假隐性。5. 荧光共振能量转移技术指两个荧光法色基团在足够近(100埃)时，它们之间可发生能量转移的现象。荧光共振能量转移技术可以研究分子内部对某些刺激发生的构象变化，也能研究分子间的相互作用。它可以在活体中检测，非常灵敏，分辩率高，能够检测大分子的构象变化，能够定性定量的检测相互作用的强度。 缺点 此项技术要求发色基团的距离小于100埃。另外设备昂贵，还需要融合GFP给蛋白标记。此外还有交联技术(cross-linKing)，蛋白质探针技术，噬菌体展示技术(Phage display)以及生物信息学的方法来检测蛋白质之间相互作用。

大家好，本周为大家分享一篇来自Angewandte Chemie - International Edition的文章：Infrared Multiphoton Dissociation Enables Top-Down Characterization of Membrane Protein Complexes and G ProteinCoupled Receptors[1]，文章的通讯作者是牛津大学化学系的Carol V. Robinson教授。　　非变性质谱(Native MS)是结构生物学中一个成熟的工具。在电喷雾电离过程中使用非变性缓冲液可以保存多组分蛋白质复合物之间的非共价相互作用，以及它们的配体、辅因子或其他结合蛋白。它可以用于探究蛋白质复合物的相互作用和功能，因为结合事件导致质量变化，可以在质谱仪中跟踪和剖析。然而，由于膜蛋白的疏水性，使得它们在传统的非变性质谱缓冲液中不溶且容易聚集，因此在非变性质谱中呈现出独特的挑战。目前采用的方法是将蛋白质复合物溶解到膜类似物中，例如：去垢剂、纳米脂质盘、两性聚合物等，再将这些膜类似物通过碰撞激活去除。其中去垢剂是应用的最广泛的一种。然而由于碰撞激活的能量在应用中受到限制，该方法并不能在质量分析前很好地去除去垢剂。此外，在非变性质谱条件下，键的断裂也受到非共价相互作用强度的影响(例如蛋白质-蛋白质、蛋白质-去垢剂剂以及去垢剂胶束内的相互作用)。　　基于光子的方法，如紫外光解离(UVPD)和红外多光子解离(IRMPD)已被证明有利于可溶性蛋白质及其复合物的Top-Down质谱分析。与此同时，基于光子的膜蛋白Top-Down模式的应用正在兴起。原理上，激光束路径中的离子被连续地驱动到振动激发态。因此，在基于光子的方法中，能量储蓄通常与前体离子的电荷状态和分子量无关。然而，电荷状态和分子量仍然会影响肽键解离需要的输入能量。先前报道的通过UVPD对79 kDa的五聚体的大电导机械敏感通道(MscL)Top-Down的断裂得到了令人印象深刻的54%的序列覆盖。然而，对于氨通道(AmtB)一个127 kDa的同源三聚体，通过碰撞激活和UVPD两种不同的方式破碎，仅实现了20%的序列覆盖率。事实上，相对较低的序列覆盖率是由于大分子量以及三聚体中增加的非共价相互作用影响的结果。尽管这些工具能够在非变性状态下实现Top-Down质谱分析，但其在膜蛋白表征中的应用仍不广泛。这就要求建立一种能使低电荷密度的高分子量蛋白质稳定地产生蛋白质序列离子的方法，而膜蛋白嵌入异质膜或膜类似物则使这一问题更加复杂。虽然IRMPD之前被用于从去垢剂中释放膜蛋白，但使用IRMPD对非变性的膜蛋白进行测序的研究相对较少。　　图1. (A)改进的Orbitrap Eclipse Tribrid的原理图，其中包括一个红外激光器直接进入四极线性离子阱(QLIT)的高压细胞。离子化的蛋白质胶束被转移到高压QLIT中，在那里整个离子群受到红外光子的照射，然后被转移到Orbitrap进行质量分析。通过调节激光输出功率(W)和照射时间(ms)，可以使膜蛋白从去垢剂胶束中完全解放出来。(B)三聚氨通道(AmtB)在3.0 W输出功率和200ms辐照时间下的非变性质谱。(C)在3.3 W输出功率和200ms辐照时间下AmtB的非变性质谱。　　因此，作者利用改进的Orbitrap Eclipse Tribrid质谱仪，与连续波远红外(IR) CO2激光器连接，使光束聚焦到双四极杆线性离子阱(QLIT)的高压池中(图1A)。红外激活可以有效地去除蛋白质复合物中的去垢剂胶束，随后通过IRMPD使得膜蛋白碎片化。在这种安排下，由纳米电喷雾电离产生的蛋白质复合物被转移到高压池中。在转移到Orbitrap进行检测或m/z分离和随后的碎片化之前，整个离子群将受到943cm-1红外光子的照射。利用红外的方法去除去垢剂胶束，红外激光有两个可调控参数:激光输出功率(高达60瓦)和照射时间(毫秒到秒)。因此，可以更好地控制从蛋白质胶束中释放膜蛋白，确保非变性复合物的保存，同时完全去除包裹复合物中的去垢剂。通过对激光输出功率和照射时间的优化，作者发现红外激活的参数是高度可调的，不同的激光功率和照射时间的组合也可以产生分辨率相当的谱图。其中例如在3.3 W下照射200 ms时，可以得到多个电荷态的三聚体峰(~6500 m/z)，也可以观察到三聚体与脂质结合的峰，而且对于图谱中的单体也能观察到与脂质结合的峰(图1C)。作者还对不同的去垢剂产生分辨率较高的图谱所需要红外参数进行了评估，从而评价了这几种去垢剂得到高分辨率图谱的难易程度(图2)。　　图2. 红外辐射去除膜蛋白离子中的去垢剂是高度可调的。增加激光输出功率对三种常用的MS兼容去垢剂(C8E4,G1和DDM) AmtB三聚体峰外观的影响。辐照时间固定为200 ms，激光输出功率分别为2.1、2.4、3.0和3.6 W。去垢剂在真空中按易去除的顺序显示，这是由完全释放膜蛋白复合物所需的激光输出功率决定的，从而在m/z光谱中产生良好分辨的电荷状态峰。为了探究IRMPD分离蛋白质和去垢剂胶束的机制，作者对三种不同的去垢剂：四聚乙二醇单辛醚(C8E4)、树突状低聚甘油(G1)和十二烷基-β-D-麦芽糖苷(DDM)的溶液相和气相红外光谱进行了表征，并利用密度泛函理论(DFT)计算得到了C8E4头部基团的红外谐波光谱，用来验证所得到的红外吸收光谱会受到振动耦合的影响，对于质子化的去垢剂离子，氢键和富氧去垢剂内的质子共享可以改变观察到的振动频率。结果表明C8E4胶束的溶液相吸收光谱包含一个与预期激光波数943cm-1重叠的显著带，这就解释了为何较低的激光能量可以将去垢剂胶束和蛋白质复合物分离。而在谐波光谱中在预期的激光波数处的确产生了峰，并推测该峰来自于O-H伸缩、C-C伸缩，C-H弯曲和C-O伸缩振动的耦合。而G1和DDM的最大吸收则偏离了943cm-1的预期波数，作者认为这是不同去垢剂氢键作用的结果。而蛋白质在真空中的红外吸收能力较弱，由此推测在IRMPD的过程中，去垢剂是主要的吸收对象。所以仅需要较低的能量就可以使蛋白质从复合物中剥离而不至于破坏蛋白质的非共价作用。完整的蛋白质离子还支持串联质谱的实验，为了得到蛋白质的序列信息，作者分离了m/z在6674处(电荷态为+19)的AmtB三聚体蛋白，并将其置于高激光输出功率(9 W)下照射5 ms，在m/z 1750~4000之间产生密集的多电荷态离子片段，并得到了26%的序列覆盖，这优于之前基于碰撞激活的方法(　　图3. 三聚体AmtB的IRMPD。(A)在m/z 6674处分离19+电荷态离子阱后，IRMPD后观察到的碎片离子MS2谱。多重带电碎片被高亮显示 来自相同地点的重复片段用虚线分组。为了清楚起见，许多指定的离子没有注释 (B)片段丰度相对于裂解原点(残基数)的条形图，其中丰度表示来自每个位点的片段归化一强度之和。条形图的颜色强度表示每个片段的加权平均电荷。将AmtB的拓扑域叠加在条形图上 α-螺旋跨膜区域用黄色方框表示，编号为1到11。跨膜区由质周环和细胞质环连接，用灰色线表示。(C)主干裂解位点覆盖在AmtB (PDB: 1U7G)的结构上。蓝色和红色阴影区域分别代表b型和y型离子。颜色强度对应于所分配片段的丰度。从气相分子动力学模拟中得到的高温(500 K)下的跨膜螺旋快照用虚线圈标出。为了验证这一个推测，作者又对另外两种GPCR蛋白：β -1-肾上腺素能受体(β1AR)和腺苷A2A受体(A2AR)用IRMPD进行了MS2图谱的测定，结果也观察到了片段离子相似的二级结构定位，在跨膜结构区域有着高丰度的片段，但是在二硫键相连的螺旋中并没有观察到丰富的离子片段。并再次利用分子动力学模拟研究了两种GPCR的结构对断裂的影响。在500 K下的最终结构中显示，两种GPCR中都保留了α-螺旋特征，并与观察到的裂解位点密切相关。此外，还对这两种蛋白进行了HCD和IRMPD的比较分析。对于β1AR, IRMPD产生的片段离子平均分子量为8866 Da，高于HCD产生的5843 Da。IRMPD产生的片段离子也保留了更高的平均电荷(4.7 + vs 3.6+ z)。最终，IRMPD的碎片化导致β1AR的序列覆盖率更高，为28%，而HCD为17%。在A2AR中也观察到类似的趋势，IRMPD的覆盖率为19%，而HCD为9%。　　总的来说，作者证明了可以在改进的Orbitrap Eclipse质谱仪的高压QLIT下，通过红外照射可以完全释放一系列去垢剂胶束中的膜蛋白。然后，通过增加激光输出功率，获得直接从膜蛋白及其复合物中释放的序列信息片段离子，证明红外光去除去垢剂是通用的和高度可控的，为保存和鉴定膜蛋白和配体之间脆弱的非共价相互作用构建了一个可靠的方法。而且还对片段离子的产生机制做了阐述，即质子可以通过沿蛋白质骨架迁移来稳定和诱导连续的肽键裂解。　　撰稿：李孟效　　编辑：李惠琳　　文章引用：Infrared Multiphoton Dissociation Enables Top-Down Characterization of Membrane Protein Complexes and G ProteinCoupled Receptors　　参考文献　　Lutomski, C.A., El-Baba, T.J., Hinkle, J.D., et al. Infrared multiphoton dissociation enables top-down characterization of membrane protein complexes and g protein-coupled receptors[J]. Angewandte Chemie-International Edition，2023.

肿瘤免疫治疗的策略之一就是使免疫系统特异性靶向肿瘤细胞而不是正常细胞。而突变相关的新抗原（neoantigen）正是这样的靶标，肿瘤细胞中体细胞突变产生的序列改变的肽段被细胞处理，被主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）呈递至细胞表面，进而被T细胞识别，对肿瘤细胞进行杀伤。由于新抗原只在肿瘤细胞中存在，其成为肿瘤免疫治疗的热门靶标之一【1】。但是大部分肿瘤只有有限的肿瘤突变荷载并不能够产生新抗原相关的反应，同时只有5%的新抗原能被MHC分子提呈，而能激活有效的杀伤性T细胞的新抗原更少【2】。同时，肿瘤细胞中大部分的促癌因子和蛋白都是胞内蛋白，这也限制它们作为新抗原被人白细胞抗原（human leukocyte antigen, HLA, 人MHC分子）呈递作为肿瘤治疗的靶标【1】。神经母细胞瘤（Neuroblastoma）是儿童中常见的一种恶性肿瘤，其具有很少的肿瘤突变，相反其是由于转录调控网络表观遗传学上的失调而引起的【3】。在实体瘤，尤其是肿瘤突变荷载少的实体瘤中发现特异性以及免疫原性都较好的肿瘤免疫治疗新靶标，一直以来是肿瘤免疫治疗存在的挑战。2021年11月3日，来自美国宾夕法尼亚儿童医学院的John M. Maris团队在Nature上发表题为Cross-HLA targeting of intracellular oncoproteins with peptide-centric CARs的文章。团队分析神经母细胞瘤的免疫肽组，在HLA-A*24:02上发现来自神经母细胞瘤主要促癌转录因子PHOX2B的未突变肽段QYNPIRTTF具有很好的肿瘤特异性，以该肽为中心设计的CARs能识别多种不同HLA呈递的QYNPIRTTF，且在体外和小鼠模型中具有不错的效果。高度多态性的人白细胞抗原（HLA-A,-B,-C）基因编码的MHCI分子能够将来自于细胞内蛋白质组的一段8-14个氨基酸长度肽段提呈至细胞表面，这些肽段为免疫肽组（immunopeptidome），随后T细胞识别监视这些肽-MHC复合体（pMHC），发现来自于外来病原的抗原。研究团队假设肿瘤细胞的免疫肽组中存着在一部分来自于肿瘤发生必须的促癌因子的特异性的肽，针对这些肽便可设计出以肽为中心的嵌合抗原受体（peptide-centric CARs, PC-CARs）来特异性靶向肿瘤细胞。首先，研究团队对8个神经母细胞瘤细胞来源的异种移植物和病人来源的异种移植物（cell-derived xenografts (CDX), patient-derived xenografts PDX）进行免疫肽组的检测，通过MHC的捕获，肽段洗脱以及后续LC-MS/MS质谱等一共发现了7608个肽段。筛选这些肽段和HLA的结合力，筛选到2286个强亲和力的肽段。随后分析肿瘤组织和正常组织的RNA-Seq数据，研究团队筛选到61个肽段，其来源的母基因在肿瘤组织中高表达。最后研究团队分析正常组织中MHC肽组，进一步把可能在正常组织中提呈的肽段筛选掉。最后得到13个肽段，其来自于9个特异在神经母细胞瘤中表达的基因。同时研究团队在原代神经母细胞瘤中也进行同样的免疫肽组筛选，发现56个肽段。CDX和PDX筛选的13个肽有7个在原代肿瘤细胞中也被筛选到。随后，根据pMHC结合力，HLA等位基因频率，母基因表达情况以及神经母细胞瘤生物学信息对这些肽进行排序，6条分别来自来自CHRNA3, GFRA2, HMX1, IGFBPL1, PHOX2B 和TH的肽段被选择继续研究。分析不同发育时期的转录组学数据，研究团队发现PHOX2B只在胎儿发育过程中表达而在出生前的正常组织中PHOX2B完全被沉默。PHOX2B也是神经母细胞瘤发生的主要调控因子，PHOX2B的表达也是神经母细胞瘤诊断检测的手段之一。这表明，PHOX2B是神经母细胞瘤高度特异性的肿瘤抗原且是免疫治疗的理想靶标。由于自身抗原的免疫原性较弱，研究团队决定设计基于scFv-CARs而不是TCRs来靶向PHOX2B。随后研究团队筛选sc-Fvs库，寻找能结合PHOX2B肽的特异性克隆，并通过sCRAP算法预测排除其抗原交叉反应。研究团队筛选到10LH克隆并进一步研究，scFv 10LH和PHOX2B具有很强的亲和力，KD为13 nM，kd是 7.6 × 10-4 s-1。据此，研究团队设计出识别在HLA-A*24:02上提呈的PHOX2B 9氨基酸肽QYNPIRTTF的PC-CARs。发现PHOX2B 9氨基酸肽QYNPIRTTF也可被其他类型的HLA-A提呈，而10LH PC-CARs能打破传统的HLA限制和不同种类pMHC识别结合。随后在体外细胞模型以及体内PDX模型中证明了PHOX2B特异性的PC-CAR T细胞的跨HLA肿瘤杀伤能力。图1 肿瘤抗原的发现以及PC-CARs设计工作流程本文利用多种技术手段从非突变的促癌蛋白中发现神经母细胞瘤的肿瘤特异性抗原，并靶向这些肿瘤自身肽段设计出了PC-CARs，具有较好的肿瘤杀伤能力以及跨HLA的反应活性。该方法将非免疫原性的胞内促癌蛋白纳入到选择中，极大扩大了肿瘤免疫治疗的候选靶标，有助于神经母细胞瘤以及其他肿瘤的免疫疗法的发展。同时打破传统的HLA限制，也会扩大肿瘤免疫治疗的受益人群。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-04061-6

在4月30号出版的《美国化学会志》(JACS, 2008, 130, 5798)上报道了中科院武汉物数所杨俊博士在美国University of Delaware 用固体NMR新方法研究蛋白质界面的研究工作。 一些生物大分子，如膜蛋白，蛋白质复合体，蛋白质纤维等，在生命过程中起着极为重要的作用，但是由于难于得到这些生物分子的单晶以及它们在溶液中的低溶解度， 用X-ray和液体NMR很难得到它们的结构。一个典型的例子是膜蛋白质。膜蛋白约占与人类基因编码有关的蛋白质的30%，一些重要的生命活动如能量转换、信息识别与传递、物质运送和分配都与膜蛋白密切相关。但是到目前为止，只有157种(总共约3万种)膜蛋白的三维结构结构是已知的。对于这些“困难”的生物大分子，固体NMR被认为是最有前途的研究手段之一。自从2002年德国科学家首次用魔角旋转NMR得到固体蛋白质的三维结构以来，这几年这个领域飞速向前发展。随着高磁场NMR仪器的使用，魔角旋转NMR探头技术的发展，固体蛋白质样品制备技术的成熟和一批两维到四维固体NMR脉冲序列的使用，魔角旋转NMR研究蛋白质的能力大大提高，魔角旋转NMR已经能够对25-30 KDa的蛋白质进行NMR信号全归属和相应的结构和动力学研究。 在这个研究中，杨俊和University of Delaware 的同事Tatyana Polenova设计了一组新脉冲序列，他们用这组脉冲序列研究了用不同同位素标记的thioredoxin蛋白质组装体的分子内和分子间的界面。首先他们用理论模拟和NMR实验证实了固体NMR中的REDOR技术可以用来消除13C,15N全富集的蛋白质主链上的15N信号，实现了用一个蛋白质样品同时进行NMR信号归属和蛋白质界面研究。借助于对远程相互作用敏感的1H/13C REDOR和PAIN－CP技术, 他们设计了两个脉冲序列，用不同核自旋对的相关性观察到了蛋白质界面上空间相近的残基对。另外，他们还设计了两个脉冲序列对蛋白质另外一段的主链上的15N信号进行了归属。这组固体NMR的脉冲序列和相应的同位素标记方法将可以在更大的蛋白质复合体的界面研究中使用。

蛋白质作为生命基本构成单元，几乎承担着所有生命活动。深入研究蛋白质的功能和结构，全面分析蛋白质间的相互作用和调控机制，不仅能更好地了解生命的奥秘，还为疾病的预防和治疗提供新思路和新方法。为帮助广大实验室用户及时了解蛋白质分析及表征技术最新进展及前沿应用，仪器信息网将于11月09日举办“蛋白分析及表征技术进展”主题网络研讨会，聚焦蛋白质的结构表征、相互作用和动态变化等前沿研究，涵盖质谱、X射线晶体衍射、核磁共振、原子力显微镜和冷冻电镜等技术分享，欢迎大家踊跃报名！报名链接：https://insevent.instrument.com.cn/t/fbs （点击报名）『会议日程』蛋白分析及表征技术进展(2023年11月09日)报告时间报告方向专家单位09:30-10:00结构蛋白组学质谱仪器与方法徐伟北京理工大学 教授10:00-10:30分析型超速离心机在生物大分子药物分析中的前沿应用李文奇清华大学蛋白质研究技术中心 蛋白质制备与鉴定平台主管/高级工程师10:30-11:00分析实验中移液产品的正确选择和使用庄昕晔普兰德（上海）贸易有限公司 产品专员11:00-11:30大分子晶体学在蛋白分析中的应用范仕龙清华大学蛋白质研究技术中心 X射线晶体学平台主管/高级工程师11:30-12:00基于等温滴定微量热技术的蛋白互作分析研究吴萌中国科学院分子细胞科学卓越创新中心 高级工程师12:00-13:30午休时间13:30-14:00高速原子力显微镜的生物大分子研究焦放中国科学院物理研究所 特聘研究员14:00-14:30生物型原子力显微镜在蛋白质形貌和结构表征中的应用樊友杰布鲁克（北京）科技有限公司 高级应用/服务工程师14:30-15:00蛋白质表观分子量的核磁共振检测方法李红卫北京大学北京核磁共振中心 高级工程师15:00-15:30冷冻电镜制样技术经验交流郭振玺北京大学冷冻电镜平台 副主任/高级工程师15:30-16:00利用肌红蛋白铰链区域紧密的氢键网络来构建稳定的结构域交换二聚体的研究谢成北京大学张文彬教授课题组 博士后『精彩报告预览』徐伟 教授北京理工大学《结构蛋白组学质谱仪器与方法》【报告摘要】：针对生理条件下微量生物分子三维结构及功能研究这个科学问题，首先发展了具有高稳定性、高重复性的液相离子迁移电泳技术与仪器，该方法利用Laminar flow取代了传统的电渗流，通过引入Taylor扩散实现了样品分子的分离、半径和分子有效带电量的同时测量。为了获取生物大分子较全面的立体结构，课题组进一步将离子迁移电泳与非变性质谱技术相结合，通过气相非变性质谱实验获得了分子的溶液可及表面积、通过液相迁移电泳实验获取了分子体积，再结合流体力学Stokes Flow方程，最终获取了蛋白及蛋白复合体的三维几何尺寸信息，该方法可应用于蛋白-小分子复合体结构研究和蛋白质内部几何结构解析。基于液相离子迁移原理，课题组进而开发了液相离子阱装置，在液相条件下实现了离子的富集、选择性传输与顺序弹射分析。通过该装置，不仅可以实现复杂样品的分离，也可以将质谱仪器的检测灵敏度提升100倍以上。报名占位李文奇 蛋白质制备与鉴定平台主管/高级工程师清华大学蛋白质研究技术中心《分析型超速离心机在生物大分子药物分析中的前沿应用》【报告摘要】：生物大分子药物包括抗体药、细胞治疗药、疫苗、重组蛋白类药物等；生物大分子药物具有分子量大，结构复杂的特点，随着生产工艺的不断优化和分析技术的进步，生物大分子药物的质量控制将日趋规范和严格，国家药品监督管理部门也在不断提升该类产品的质量控制要求。有效的质量控制分析方法是确保产品安全性和有效性的基础，报告介绍了生物大分子药物市场规模以及临床现状，结合生物大分子药物的研发流程和基本性质，针对性的对其成药性评价，制备和工艺开发提出相对应的质量控制分析方法，尤其是分析型超速离心机在生物大分子药物分析中的主要应用和发展前景，通过分析超速离心技术在国内外进而对于不同类型的生物大分子药物制定分析策略。报名占位庄昕晔 产品专员普兰德（上海）贸易有限公司《分析实验中移液产品的正确选择和使用》【报告摘要】：移液操作是实验工作的基本技能之一，同时也是最容易被忽视的技能。 液体移液仪器、体积量具在实验室移液操作中扮演着重要的角色。这决定了几乎所有化学与生物学分析测试的精度和结果的可靠性、重复性，正确的选择、使用移液产品是生化实验的必要基础。本次报告将介绍BRAND瓶口分液器、移液器、连续分液器、容量瓶、移液管等移液产品的原理和操作。报名占位范仕龙 晶体学平台主管/高级工程师清华大学蛋白质研究技术中心《大分子晶体学在蛋白分析中的应用》【报告摘要】： 大分子晶体学是一种通过生物大分子（如蛋白质和核酸）形成晶体，以获得其高分辨率三维结构的技术。在蛋白性质研究中，大分子晶体学发挥着重要的作用。 通过大分子晶体学，可以确定蛋白质的三维结构，这对于理解蛋白质的功能和作用机制非常重要；通过大分子晶体学，可以解析蛋白质与其他分子（如酶底物、配体等）的结合位点，以及相互作用的方式。这有助于揭示蛋白质的功能机理，例如酶的催化机制、信号传递等。从而指导药物设计和研发。通过解析药物与靶蛋白的结合模式，可以优化药物的结构和性能，提高药物的特异性和效力；最后大分子晶体学可以提供结构信息，帮助药物研发人员进行结构优化工作。通过研究晶体结构和结合位点的特性，可以设计和改进蛋白质受体和配体的结构，使其具有更好的稳定性、活性和选择性。 总之，大分子晶体学在蛋白性质研究中发挥着至关重要的作用，可以帮助揭示蛋白质的结构、功能机理和多样性，指导大分子和小分子药物设计和优化。报名占位吴萌 高级工程师中国科学院分子细胞科学卓越创新中心《基于等温滴定微量热技术的蛋白互作分析研究》【报告摘要】：蛋白质与其他分子的相互作用是蛋白组学研究中的重要内容，用于研究蛋白-蛋白相互作用的技术和方法有很多种。等温滴定微量热技术是最早发展起来可用于蛋白间相互作用研究的定量检测技术，具有可在溶液中无需任何标记、样品无损地进行检测的特点。本报告结合工作实际对等温滴定微量热技术（ITC）的原理、操作及应用着重进行介绍。报名占位焦放 特聘研究员中国科学院物理研究所《高速原子力显微镜的生物大分子研究》【报告摘要】：待定。报名占位樊友杰 高级应用/服务工程师布鲁克（北京）科技有限公司《生物型原子力显微镜在蛋白质形貌和结构表征中的应用》【报告摘要】：蛋白质在细胞中发挥着各种各样的功能，涵盖了细胞生命活动的各个方面，如发挥催化作用的酶和参与生物体内的新陈代谢的胰岛素，还有可以进行物质运输的分子马达蛋白。细胞免疫反应、细胞分化、细胞凋亡等过程中也都有大量蛋白质的参与。 研究蛋白质的形貌和结构以及蛋白质与其他分子之间的相互作用，有助于理解蛋白质的作用，了解蛋白质是如何行使其生物功能，这无论是对于生物学还是医学和药学，都是非常重要的。通过对蛋白力学结构的分析，可以进行功能注释和指导设计特异性的蛋白的合成。 本报告我们将向大学介绍Bruker生物型原子力显微镜在蛋白质领域的相关应用，包括蛋白质形貌的表征和原位动态过程的观察，还有单分子力谱在蛋白结构解析中的应用。 Bruker生物型原子力显微镜的全针尖扫描模式的设计能从结构上很好地与现在的主流倒置显微镜进行无缝的耦合联用，能够让我们从多变量角度对蛋白质进行解析。报名占位李红卫 高级工程师北京大学北京核磁共振中心《蛋白质表观分子量的核磁共振检测方法》【报告摘要】：蛋白质表观分子量更加真实的反映了其在接近生理条件下的存在状态。本报告介绍一种可以极大降低环境因素的影响、提高测试结果的可重复性的蛋白质表观分子量的测定方法，方法在蛋白质研究以及蛋白质类产品的研发与生产过程中具有较高的实用价值。通过该方法，发明人旨在探索一条从方法创新到实验室应用再到企业应用的途径。报名占位郭振玺 副主任/高级工程师北京大学冷冻电镜平台《冷冻电镜制样技术经验交流》【报告摘要】：冷冻电镜样品制备是冷冻电镜技术发展的瓶颈之一，制约着解析生物大分子复合物三维结构的效率。本报告将结合报告人所在冷冻电镜平台自主开展的支撑科研工作者快速制备冷冻样品的几种方法，与大家进行交流。报名占位谢成 博士后北京大学化学与分子工程学院张文彬教授课题《利用肌红蛋白铰链区域紧密的氢键网络来构建稳定的结构域交换二聚体的研究》【报告摘要】：我们探究了氢键对肌红蛋白（Mb）结构域交换二聚体的形成和稳定性的影响。当Mb二聚体铰链区氢键网络附近的 Leu137 突变为亲水性氨基酸（Glu 或 Asp）后，二聚体的稳定性增强。铰链区氢键网络更紧密的突变体中，氢键数量更多，α螺旋刚性更强，二聚体结构更加稳定。本研究证明了氢键对于设计稳定结构域交换蛋白质二聚体的重要性和实用性。报名占位扫码加入高内涵成像技术交流群（发送备注姓名+单位+职位）扫码直达报名页面温馨提示:1) 报名后，直播前一天助教会统一审核，审核通过后，会发送参会链接给报名手机号。填写不完整或填写内容敷衍将不予审核。2) 通过审核后，会议当天您将收到短信提醒。点击短信链接，输入报名手机号，即可参会。会议内容及报告赞助:仪器信息网 赵先生：13331136682，zhaoyw@instrument.com.cn

近年来我国消费者对食品安全的关注度持续提升，国务院及有关部门陆续颁布了一系列涉及食品、乳品的法律法规及标准，形成了完善的法规标准体系，对于规范蛋白饮料企业生产经营、保障产品质量安全、维护消费者利益发挥着重要作用。日前，国家工业和信息化部发布2023第38号公告，由中国饮料工业协会牵头起草的《复合蛋白饮料》（QB/T 4222-2023）行业标准获得批准，将于2024年7月1日正式实施。复合蛋白饮料是指以乳或乳制品，和不同的植物蛋白为主要原料，经加工或发酵制成的饮料。行业标准《复合蛋白饮料》（QB/T 4222-2023）由中国饮料工业协会组织国内多家复合蛋白饮料生产企业修订完成。在该标准修订过程中，进行了深入的行业调研、专家审定等相关工作。该标准规定了复合蛋白饮料的原辅料、感官、理化、食品安全等要求，描述了相应的试验方法，规定了检验规则、标签、包装、运输和贮存的内容，在修订时充分考虑了目前蛋白饮料产品在原辅料等方面的创新需求，兼顾了产品质量分级的市场需求。与2011版相比，该标准对复合蛋白饮料的定义、蛋白质贡献率进行了修改完善，提高了蛋白质含量，并且根据产品质量分级，新增了浓型复合蛋白饮料、特浓型复合蛋白饮料，为复合蛋白饮料产品质量升级奠定了基础，满足了消费者对不同蛋白质含量的消费选择。同时对复合蛋白饮料产品的标签标示进行了完善，更有利于向消费者明示产品信息。复合蛋白饮料是我国蛋白饮料的主要品类之一，近年来，随着人们健康意识的不断加强，复合蛋白饮料迎来新的发展机遇。根据行业对主要生产企业的统计，复合蛋白饮料年产量达到60万吨以上。行业标准《复合蛋白饮料》（QB/T 4222-2023）的实施将在饮料健康产品的丰富度方面起到促进作用。2021年国家“十四五”规划和2035年远景规划中明确“碳达峰、碳中和”为国家整体规划布局的重要组成部分，鼓励“绿色、健康、可持续发展”，《国民营养计划》明确“植物蛋白”为主要的营养基料，植物基产品发展前景广阔。

仪器信息网讯 2014年4月，我国生命科学领域中第一个综合性的国家级重大科技基础设施&mdash &mdash 蛋白质科学研究(上海)设施(以下简称为：上海设施)通过工艺测试，正式进入开放试运行阶段。近日，仪器信息网工作人员参观拜访了上海设施及同步筹建的国家蛋白质科学中心· 上海(以下简称为：上海中心)，一睹这一国家级重大科技基础设施的先进水平和创新风采，上海中心科研项目高级主管汪利俊博士及行政事务主管高馨热情接待了我们。 国家蛋白质科学研究(上海)设施/国家蛋白质科学中心· 上海建筑群 　　为了形成国际一流的蛋白质科学研究体系，并为我国蛋白质科学研究提供&ldquo 利器&rdquo ，2008年11月，&ldquo 蛋白质科学研究设施国家重大科技基础设施项目&rdquo 列入国家高技术产业发展项目计划，项目分北京设施、上海设施两部分，其中北京设施以蛋白质组学研究为主，而上海设施以结构生物学研究为主。 　　两年后的2010年12月，上海设施在上海浦东张江高科技园区内动工建设，总投资7亿元，项目总建筑面积3.3万平方米。而今历经3年多建设，上海设施/上海中心正式进入试运行阶段，预计于今年年底正式面向多用户、多领域开放。 　　据介绍，上海设施配备了蛋白质科学研究所需的各种大型科学仪器设备，以及由上海设施的技术人员自主研发的规模化、系统化技术装备体系。目前，上海设施由基于同步辐射光源的五线六站、规模化蛋白质制备系统、质谱分析系统、核磁分析系统、电镜分析系统、分子影像系统、复合激光显微成像系统、数据库与计算分析系统、动物设施等平台组成，可为在分子水平、细胞水平和个体水平上研究蛋白质、蛋白质复合体、蛋白质机器的结构与功能提供全面和完整的技术与条件保障。 　　在各大平台中，最令上海设施团队自豪的是几项创新：其中一项是将蛋白质表达实现了从&ldquo 手工作坊&rdquo 到&ldquo 智能工厂&rdquo 的转变。目前，在科研界和制药业对于各种蛋白样品的需求日益强烈，但蛋白表达是一个公认复杂、高成本、耗时和资源占用的过程。上海设施规模化蛋白质制备系统自主设计了五套大型自动化装置，将软件控制、硬件设备和生物应用结合在一起，实现了大规模蛋白表达过程的自动化(包括克隆、蛋白表达和纯化)。 高通量自动化克隆系统 　　整个流程实现了自动化，从大规模PCR扩增开始，依次自动进行重组质粒的构建、细胞生长、诱导表达、蛋白表达(构建了大肠杆菌、昆虫细胞、哺乳动物细胞三种表达体系)，最终完成蛋白纯化及蛋白性质表征。以克隆过程为例，实验效率从传统手工一人次一天10个基因克隆提升到一天1000个基因克隆。 　　第二项创新则是分子影像系统自主研发的高精度激光双光镊系统。据悉，设备的所有零部件都购自现成。光镊采用激光辐射压对微米级粒子进行捕获，并通过高精度的测量技术实现亚纳米级位移和亚皮牛级力的测量。依靠这套系统，激光是&ldquo 镊子&rdquo ，能研究蛋白质如何折叠、变形，以及大分子生物酶的工作原理。高精度激光双光镊系统 　　第三项创新则是上海设施团队基于平台开发的相关研究方法。有了最先进的仪器，没有相应的研究方法也是枉然。为此，上海设施/上海中心的年轻PI们除了从事科学研究外，方法开发也是他们工作的重点。 　　以核磁系统分析平台为例，上海设施目前拥有5台核磁共振波谱仪，其中有国内第一台最高磁场强度的核磁共振设备(布鲁克900M NMR)，主要用来测试蛋白质的溶液结构。上海中心PI周界文带着研究人员开展了核磁共振新技术的开发和新方法的研究。目前新方法的主体研究已完成，正进入软件测试阶段，对推广核磁共振技术在结构生物学领域的广泛应用有重要意义，特别是对依托高场强核磁共振设施进行大蛋白质的三维结构测定过程将更加可行。 布鲁克900M 核磁(左)、安捷伦800兆核磁(中)、安捷伦600兆核磁(右) 布鲁克600兆核磁(左)、安捷伦700兆核磁(右) 核磁系统分析平台一览 　　同样，上海设施的质谱分析系统平台也很强大，拥有赛默飞、AB SCIEX、安捷伦、沃特世等主流质谱品牌的仪器13台，是全国目前最大、质谱仪器种类最全的质谱分析平台之一。这个实验室在上海中心PI黄超兰的主持下，已自主研发了一系列国内其他实验室尚不具备的研究手段，吸引了全国各地甚至美国的诺奖获得者的研究组等多家科研单位前来合作，在短短半年间已有超过70多个合作项目在进行。 赛默飞质谱系统 (2台 Q Exactive、1台LTQ Orbitrap XL、1台LTQ Orbitrap Elite、1台 LTQ Orbitrap Elite-ETD) AB SCIEX质谱系统 (左上：QTRAP 6500、左下：Triple TOF 5600+、右：MALDI-TOF/TOF 5800) 安捷伦质谱系统 (1台 6530Q-TOF、1台6550 ifunnel Q-TOF、1台6490 QQQ) 沃特世质谱系统 (左：Xevo TQ-S 右：Synapt G2-Si HDMS) 质谱分析系统平台一览 (左：FEI TitanKrios 300kV 球差矫正透射电镜 右上：FEI TF20 场发射冷冻透射电镜 右下：FEI T12 冷冻透射电镜) 电镜分析系统平台一览 (左上：ZEISS Cell Observer SD 转盘式激光共聚焦 左下：NIKON N-SIM 超高分辨率显微镜 右上：LEICA SP8 激光共聚焦显微镜 右下：OLYMPUS FV1200MPE 双光子显微镜) 复合激光显微成像系统平台一览 　　此外，上海中心还自主研发了一套科研物资管理系统(e-Supply)，所有实验室的研究人员都可通过ID登录系统下单购买实验试剂、耗材，资金从课题组经费账户中扣除，而上海中心则能以&ldquo 团购&rdquo 方式，拿到最优的价格。并且上海设施还为供应商提供了库存仓库，供应商只需付较少的费用就可以把上海设施常用的试剂、耗材存于此，这样也极大方便了研究人员，省去了试剂耗材运送的时间。现该系统已获国家计算机软件著作权，除管理上海中心物资外，还兼管筹建中的上海科技大学的物资，不久有望在中科院其他研究院所推广。 科研物资管理系统(e-Supply) 供应商在上海设施库存的商品 数据库与计算分析系统机房 　　上海设施不仅仅是一个供科学家使用的科研平台，更是一个具有强大科研能力的科学中心。目前，上海中心有PI 14位，仅在上海设施试运行期间，上海中心各研究组就已获得了包括中科院战略性先导科技专项和国家重大科学研究计划项目在内的多项重大课题，相关研究成果已在《自然》、《癌细胞》等国际著名学术刊物上陆续发表。 　　许琛琦研究组在阐明人体免疫机制方面取得突破性进展，首次证明钙离子能够改变脂分子功能来帮助T淋巴细胞活化，提高T淋巴细胞对外来抗原的敏感性，从而帮助机体清除病原体。 　　周界文研究组在研究重要离子通道蛋白p7的精细空间结构以及p7与抑制剂金刚烷胺类药物相互作用的分子机理方面也取得重大突破，相关研究成果将大大推动新一代抗丙型肝炎病毒治疗手段的研发。 　　周兆才研究组研究发现原癌蛋白质YAP的一个天然拮抗剂蛋白&mdash VGLL4，并在蛋白质晶体结构解析的基础上发展出一个针对YAP的多肽类抑制剂，为以胃癌为代表的肿瘤治疗提供了新的策略和途径。 　　雷鸣、张荣光研究组的研究论文首次在原子水平上解析了端粒酶的结构，第一次从原子层面对脊椎动物端粒酶复合物中蛋白质-RNA的相互作用进行了描述。 　　未来，上海设施将对中国乃至全球的科学家开放，旨在让上海设施发挥其更大的作用与价值。(撰稿：杨娟) 　　附录：国家蛋白质科学研究(上海)设施及国家蛋白质科学中心· 上海网址 http://www.sibcb-ncpss.org/ 　　http://www.ncpss.org

大家好，本周为大家分享一篇发表在Analytical Chemistry上的文章，Microfluidic Platform for Time-Resolved Characterization of Protein Higher-Order Structures and Dynamics Using Top-Down Mass Spectrometry [1]，文章的通讯作者是北京大学生物医学前沿创新中心的王冠博教授和中国科学院深圳先进技术研究院的门涌帆副研究员。　　蛋白质的高阶结构和动力学特性对理解蛋白质的生物学功能和揭示其潜在机制至关重要。自顶向下质谱法(Top-down MS)在完整蛋白水平和肽段碎片水平都能获得结构信息。非变性Top-down MS可以分析蛋白质复合体的结构以及完成亚基鉴定和修饰分析。自顶向下氢/氘交换质谱(Top-down HDX MS)为构象或结合界面分析提供了高空间分辨率，并实现了构象特异性表征。微流控芯片可以为这些质谱工作流程的前端反应提供优越的平台。然而，目前大多数质谱微芯片装置是为Bottom-up或Top-down蛋白质组学设计的。本文中，作者提出了一种用于蛋白质高阶结构和动态Top-down MS分析的芯片设计策略。它适用于时间分辨的非变性质谱和HDX质谱，该设计旨在有效电离完整的蛋白质复合物，灵活控制多种反应物流动，并在较大的流速范围内精确控制反应时间在亚微升/分钟。本文通过对单克隆抗体、抗体-抗原复合物和共存蛋白构象等体系的分析来验证该装置的性能。　　TDK-MS(Top-down and kinetic MS)芯片的结构如图1A所示，该方法可以有效电离完整的蛋白质，包括单克隆抗体(mAb)和抗体-抗原复合物(图1 B, C)。　　图1. 完整蛋白质和蛋白质复合体在非变性条件下的高效电离　　虽然分析蛋白质组合化学计量学和监测构象变化需要保持蛋白质高阶结构和非共价相互作用的完整性，然而为了推导结构信息或在串联MS中展开蛋白质以提高碎裂效率，往往需要不同程度的变性来产生亚复合体，因此变性剂的浓度和变性的时间对变性程度至关重要。本文中，作者采用交错人字微结构(Herringbone microstructure, HM)(图2A, B)，并对其性能进行了评估(图2C−E)。如此高的混合效率为进一步微型化芯片混合模块提供了可能。在监测Mb的变性时，作者使用TDK-MS芯片和商用混合三通管平行混合holo-Mb溶液(5 μM)与乙腈(ACN)，并比较它们在混合比例变化时的响应(图2F)。TDK-MS芯片在非变性和变性条件之间切换的快速响应通过NIST mAb的变性得到了证明，在向NIST mAb溶液中添加甲酸后，响应时间小于5分钟(图2G)。　　图2. 高效混合和快速响应的流体控制　　微芯片的灵活通道设计允许引入独立控制的溶液。例如，尽管酸和有机溶剂都能诱导变性，但这两种变性剂同时存在时，对变性途径的影响是不同的。Mb和Hb是血红素蛋白，其中血红素基团分别非共价连接在1条多肽链和4条非共价组装链上，因此这是研究共存复合体解离动力学和亚基构象变化的理想模型。将5 μM holo蛋白溶液与ACN和FA按一定的混合比例依次混合，可以通过解离产物的出现和蛋白质离子电荷态分布的变化来表征复杂的解离和蛋白质的展开。在固定ACN浓度下，随着FA浓度从0.01增加到0.3% (v/v)，依次观察到的主要现象是血红素丢失、apo-Mb展开以及折叠的holo-Mb转化为展开的apo-Mb(图3A)。相比之下，在FA浓度恒定的情况下，当ACN从1增加到50%时，Mb主要表现为血红素损失，只有中等程度的apo-Mb展开，这可能是由于展开的部分迅速聚集(图3B)。　　图3. (A)增加FA浓度，固定ACN浓度和(B)增加ACN浓度，固定FA浓度时获得的Mb和Hb的质谱图。　　在HDX MS检测中，TDK-MS芯片提供了快速和有效的氘代及淬灭，精确控制HDX反应时间，并在2H-标记形式下高效电离完整蛋白质(图4)。　　图4. 2H标记完整的(A)Mb、(B)Hb α亚基和(C)Hb β亚基在不同反应时间下的HDX质谱图　　由于过大的流速不利于电离效率，并且有可能会增加堵塞或流动中断的风险，因此流速应保持在最佳范围内，这又限制了混合通道中HDX时间的可调节范围，从而影响了HDX动力学分析的灵活性。为了解决这一问题，作者设计了一个具有多个不同长度反应通道的混合模块，在不更换芯片的情况下，除了改变流速外，还可以通过通道切换在更大范围内调整反应时间。在原型芯片中，5个不同长度的通道可以在对蛋白质电离和流动稳定性都最优的流速下，产生从几秒到几分钟不等有效的HDX时间(图5)。　　图5. Top-Down HDX MS 分析　　本文中作者开发的策略将有利于生物大分子结构的精细分析，并有助于质谱微芯片的方法开发。

细胞是跨越了至少四个数量级的、复杂而精妙的模块化系统【1】。对细胞内模块化系统的刻画主要有两种方式，一是蛋白质荧光成像，一是蛋白质生物物理特性，这两种方面的技术可以产生大量的数据，但是这两种方式所产生的数据库具有不同的质量和分辨率，通常需要分别进行处理。那如何将两种方式的优点进行同时整合呢？近日，美国加州大学圣地亚哥分校Trey Ideker研究组（第一作者为博士生秦越）与瑞典皇家理工学院以及斯坦福大学Emma Lundberg研究组合作发文题为A multi-scale map of cell structure fusing protein images and interactions，将来自于人类蛋白质图谱（Human Protein Atlas）【2】的免疫荧光图像与BioPlex数据库【3】中亲和纯化结果进行整合，构建了多维度细胞整合图谱MuSIC1.0（Multi-scale integrated cell），对人类细胞中的结构层次进行了统一化的分析，从而解析出69个亚细胞系统，为整合各种各样不同类型的数据来创建全蛋白细胞模型铺平了道路。真核细胞由多种大的组分组成，比如细胞器、凝聚体或者蛋白质复合体，从而形成一个多维度的结构。人类蛋白图谱系统性地对人类细胞中蛋白质在亚细胞结构中定位进行了全面解析，与此同时质谱与亲和纯化（Mass spectrometry combined with affinity purification， AP-MS）技术将临近标记引入蛋白质组学探究之中，从而能够快速检测蛋白和蛋白之间的相互作用。因此，如果能将蛋白质成像与生物物理之间的关联结合起来，便可以对细胞结果进行更进一步地解析。为此，作者们构建了一种机器学习方法，可以将蛋白质成像与生物物理特性进行关联和集成，从而构建一个亚细胞结构组成组分的统一图谱。图1 蛋白质成像与AP-MS数据库整合策略首先，作者们使用深度神经网络（Deep neural network，DNN）对蛋白质图像与相互作用数据进行整合，确定每个平台中蛋白质的坐标，对蛋白质之间的距离进行校准和组合，从而确认在不同维度下蛋白质复合体的组装方式（图1）。这两个全方位的数据库均来自HEK293细胞。作者们对蛋白质配对之间的相互作用距离进行检测，举例来说，来自蛋白质复合体中的蛋白之间相互作用距离少于20nm，而细胞器中的蛋白质之间距离可能会超过1μm。作者们分析了661个蛋白质之间的所有距离，以识别相互接近的蛋白质组分。随着距离的变化，能够产生一个蛋白质多维度结构层次图谱（图2）。由此，作者们发现所构建的MuSIC系统能够以很广的范围对生物系统内的蛋白质相互作用进行测量和捕捉。图2 结构层次图谱建立和检测的流程在建立起该整合图谱后，作者们希望对MuSIC系统进行一个全局性的评估。MuSIC图谱中有370个蛋白以前未在AP-MS实验中用于亲和标记进行相互作用因子的钓取。因此，作者们对134个猎物蛋白进行标记进行AP-MS实验，从而检测到339个相互作用配对，进而对该整合图谱的准确性进行了全面的验证。在MuSIC发现的全新的亚细胞系统中，有一个由七个蛋白质复合体组成的直径估计为81nm的系统，作者们将此系统命名为前体核糖体RNA加工组装复合体（Pre-ribosomal RNA processing assembly，PRRPA）。为了对PRRPA复合体在前体rRNA加工中的作用进行确认，作者们使用siRNA对每个蛋白进行了敲降，发现所有的敲降都会一定程度上破坏核糖体RNA的成熟。另外，作者们使用RNA免疫共沉淀定量qPCR对这些蛋白结合45S前体rRNA的能力进行检测，再次证明了这些蛋白质在前体rRNA加工过程中的作用。同时作者们发现所建立的MuSIC系统也可以对一些蛋白质的功能进行更为全面的认识，包括发现已知蛋白的全新功能和未知蛋白的潜在功能。总的来说，该工作通过汲取蛋白质荧光成像与蛋白质生物物理特性两方面之长构建了多尺度细胞整合图谱MuSIC 1.0，进一步地提高了现有蛋白质荧光图像中信息的分辨率，也为蛋白质相互作用提供了空间维度的信息，为人类细胞中蛋白质组研究提供了更为全面的认识。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-04115-9

几种不同折叠模式的蛋白质模型(图片来源Protein Data Bank Japan ) 　　上个世纪初，科学家们认为蛋白质是生命体的遗传物质，而具有独特的作用。随着这个理论被证伪，真正的遗传物质DNA的结构被给予了很大关注。然而，蛋白质作为生命体的重要大分子，其重要性也从未被忽视，而且在1950年代开始，科学家一直在探寻DNA序列和蛋白质序列的相关性。与此同时，蛋白质测序和结构解析蛋白质结构的努力开始慢慢获得回报。更多的生化研究揭示了蛋白质的功能重要性，因此蛋白质的三维结构的解析对于深入理解蛋白质功能和生理现象起着决定性作用。 　　本文简要回顾了蛋白质结构解析的重大历史事件，并总结了蛋白质结构解析的常用方法和结构分析方向。通过了解蛋白质结构，能够让我们更好地理解生物体的蛋白的理化特性，以及其相关联的化学反应途径及其机制，对于我们认识生物世界和研发治疗方法和药物都起着关键作用。在即将召开的2015高分辨率成像与生物医学应用研讨会上，各位专家学者将会进一步讨论相关议题。 　　蛋白质结构解析六十年来大事件 　　在1958年，英国科学家John Kendrew和Max Perutz首先发表了用X射线衍射得到的高分辨率的肌红蛋白Myoglobin的三维结构，然后是更加复杂的血红蛋白Hemoglobin。因此，这两个科学家分享了1962年的诺贝尔化学奖。事实上，这项工作在早在1937年就开始了。 　　然后在1960年代，蛋白质结构解析方法不断进步，获得了更高的解析精度。这个时期，蛋白质序列和DNA序列间关系也被发现，中心法则被Francis Crick提出，然后科学界见证了分子生物学的崛起。分子生物学(Molecular Biology)的名称在1962年开始被广泛接受和使用，并逐渐演变出一些支派，如结构生物学。然后在1964年，Aaron Klug提出了一种基于X射线衍射原理发展而来的全新的方法电子晶体学显微镜(crystallographic electron microscopy )，可以解析更大蛋白质或者蛋白质核酸复合体结构。因为这项研究，他获得了1982诺贝尔化学奖。1969年，Benno P. Schoenborn 提出可以用中子散射和原子核散射来确定大分子中固定位置的氢原子坐标。 　　进入1970年代，很多新的方法开始发展。存储蛋白质三维结构的Protein Data Bank(1971年) 开始出现，这对于规范化和积累蛋白质数据有着重要意义。1975年新的一种仪器叫做多丝区域检测器，让X-ray的检测和数据收集更加快速高效。次年，Robert Langride将X-ray衍射数据可视化，并在加州大学圣地亚哥分校成立了一个计算机图形实验室。同年，KeithHodgson和同事首次证明了可以使用同步加速器获得的X射线并对单个晶体进行照射，并取得了很好的实验效果。然后在1978年，核磁共振NMR首次被用于蛋白质结构的解析 同年首个高精度病毒(西红柿丛矮病毒)衣壳蛋白结构被解析。 　　在1980年代，更多蛋白质结构被解析，蛋白质三维结构的描述越来越成熟，而且蛋白质结构解析也被公认成为药物研发的关键步骤。在1983年，冷冻蚀刻的烟草花叶病毒结构在电子显微镜结构下得到描述。两年后德国科学家John Deisenhofer等解析出了细菌光合反应中心，因此他们共享了1988年的诺贝尔化学奖。次年，两个课题组解析了HIV与复制相关的蛋白酶结构，对针对HIV的药物研发提供了理论基础。 　　下一个十年，因为大量同步加速器辅助的X射线衍射的使用，数千个蛋白质结构得到解析，迎来了蛋白质结构组的曙光。1990年多波长反常散射方法(MAD)方法用于X射线衍射晶体成像，与同步辐射加速器一起，成为了近二十多年来的最常用的的方法。Rod MacKinnon在199年发表了第一个高精度的钾离子通道蛋白结构，对加深神经科学的理解起了重要作用，因此他分享了2003年的诺贝尔化学奖。Ada Yonath等领导的课题组在1999年首次解析了核糖体结构(一种巨大的RNA蛋白质复合体)。　　进入新千年，更多的技术细节被加入到蛋白质解析研究领域。2001年，Roger Kornberg和同事们描述了第一个高精度的RNA聚合酶三维结构，正因此五年后他们共享了诺贝尔化学奖。2007年，首个G蛋白偶联受体结构的解析更是对药物研究带了新的希望。近些年来，越来越多的大的蛋白质结构得到解析。Cryo-EM超低温电子显微镜成像用于超大蛋白质结构成像的研究日益成熟，并开始广泛用于蛋白质结构的解析。 　　蛋白质结构解析的常用实验方法 　　1.X-ray衍射晶体学成像 　　X射线衍射晶体学是最早用于结构解析的实验方法之一。X射线是一种高能短波长的电磁波(本质上属于光子束)，被德国科学家伦琴发现，故又被称为伦琴射线。理论和实验都证明了，当X射线打击在分子晶体颗粒上的时候，X射线会发生衍射效应，通过探测器收集这些衍射信号，可以了解晶体中电子密度的分布，再据此析获得粒子的位置信息。利用这种特点，布拉格父子研制出了X射线分光计并测定了一些盐晶体的结构和金刚石结构。首个DNA结构的解析便是利用X射线衍射晶体学获得的。 　　后来，获得X射线来源的技术得到了改进，如今更多地使用同步辐射的X射线源。来自同步辐射的X射线源可以调节射线的波长和很高的亮度，结合多波长反常散射技术，可以获得更高精度的晶体结构数据，也成为了当今主流的X射线晶体成像学方法。由X射线衍射晶体学解析的结构在RCSB Protein Data Bank中占到了88%。 　　X射线衍射成像虽然得到了长足的发展，仍然有着一定的缺点。X射线对晶体样本有着很大的损伤，因此常用低温液氮环境来保护生物大分子晶体，但是这种情况下的晶体周围环境非常恶劣，可能会对晶体产生不良影响。而且，X射线衍射方法不能用来解析较大的蛋白质。 　　上海同步辐射加速器外景(图片来源 上海同步辐射光源网站) 　　2.NMR核磁共振成像 　　核磁共振成像NMR全称Nuclear magnetic resonance，最早在1938被Isidor Rabi (1946年诺贝尔奖)描述，在上世纪的后半叶得到了长足发展。其基本理论是，带有孤对电子的原子核(自选量子数为1)在外界磁场影响下，会导致原子核的能级发生塞曼分裂，吸收并释放电磁辐射，即产生共振频谱。这种共振电磁辐射的频率与所处磁场强度成一定比例。利用这种特性，通过分析特定原子释放的电磁辐射结合外加磁场分别，可以用于生物大分子的成像或者其他领域的成像。有些时候，NMR也可以结合其他的实验方法，比如液相色谱或者质谱等。 　　RCSB Protein Data Bank数据库中存在大约11000个用NMR解析的生物大分子结构，占到总数大约10%的结构。NMR结构解析多是在溶液状态下的蛋白质结构，一般认为比起晶体结构能够描述生物大分子在细胞内真实结构。而且，NMR结构解析能够获得氢原子的结构位置。然而，NMR也并非万能，有时候也会因为蛋白质在溶液中结构不稳定能难得获取稳定的信号，因此，往往借助计算机建模或者其他方法完善结构解析流程。 　　使用NMR解析的血红蛋白结构建模(图片来源RCSB PDB) 　　3.Cryo-EM超低温电子显微镜成像 　　电子显微镜最早出现在1931年，从设计之初就是为了试图获得高分辨率的病毒图像。通过电子束打击样本获得电子的反射而获取样本的图像。而图像的分辨率与电子束的速度和入射角度相关。通过加速的电子束照射特殊处理过的样品表明，电子束反射，并被探测器接收，并成像从而获得图像信息。具体做法是，将样品迅速至于超低温(液氮环境)下并固定在很薄的乙烷(或者水中)，并置于样品池，在电子显微镜下成像。图像获得后，通过分析图像中数量众多的同一种蛋白质在不同角度的形状，进行多次的计算机建模从而可以获得近原子级别的精度(最低可以到2.0埃)。 　　Cyro-EM解析TRPV1离子通道蛋白(图片来源Structure of the TRPV1 ion channel ) 　　将电子显微镜和计算机建模成像结合在一起的大量实践还是在新世纪之后开始流行的。随着捕捉电子的探测器技术(CCD技术，以及后来的高精度电子捕捉、电子计数electron counting设备)的提升，更多的信息和更低的噪音保证了高分辨率的图像。 　　近些年来，Cryo-EM被用来解析很多结构非常大(无法用X-ray解析)的蛋白质(或者蛋白质复合体)，取得了非常好的结果。同时，单电子捕捉技术取代之前的光电转换成像的CCD摄像设备，减少了图像中的噪音和信号衰减，同时并增强了信号。计算机成像技术的成熟和进步，也赋予了Cryo-EM更多的进步空间。然而，Cyro-EM与X-ray不同，该方法不需要蛋白质成为晶体，相同的是都需要低温环境来减少粒子束对样品的损害。 　　除去介绍的这三种方法以外，计算机建模技术也越来越多地被用在了蛋白质结构解析中。而且新解析的结构也会提高计算机建模的精确度。未来，我们或许能够用计算机构建原子级别的细胞模型，构建在芯片上的细胞。 　　蛋白质结构对了解生命体的生化反应、有针对性的药物研发有着重要意义。从1958到如今已经接近60年，蛋白质结构解析得到了较快的发展。然而，在如今DNA测序如此高效廉价的时代，蛋白质和DNA结构解析并没有进入真正高速发展阶段，这也导致了在如此多的DNA序列数据非常的今天，结构数据却相对少的可怜。大数据时代的基因组、蛋白质组、代谢组、脂类组等飞速发展的时候，蛋白质结构组也得到了更加广泛的重视。发展高精度、高效的结构解析技术也一直都有着重要意义。未来，蛋白质结构解析，对针对蛋白质的药物筛选，和计算机辅助的药物研究研究不应被低估。未来说不定在蛋白质结构领域有着更多惊喜，让我们拭目以待。 第一届电镜网络会议部分视频回放

仪器信息网讯 随着人类基因组计划的实施和推进，生命科学研究进入了后基因组时代，蛋白质组学随之成为重大热点研究领域之一。在应用研究上，蛋白质组学已成为发现新型生物标志物、新药物靶标的重要途径，已成为生物医药产业及其相关产业发展的新生长点，此外，蛋白质组学通过研究疾病不同阶段相关蛋白质变化、对疾病诊断和治疗领域具有应用价值和指导意义。而蛋白质组的研究实质上是在细胞水平上对蛋白质进行大规模的平行分离和分析，往往要同时处理成千上万种蛋白质。因此，发展高通量、高灵敏度、高准确性的研究技术平台对于蛋白质组学研究至关重要。质谱技术是目前蛋白质组研究中发展最快，也最具潜力的技术。　　为帮助从事相关研究的用户学习蛋白质组学研究技术及方法，仪器信息网将于2021年3月18日举办“蛋白质组学技术与应用进展”主题网络研讨会，会议将邀请多位业内专家做精彩报告，为广大用户搭建一个即时、高效的交流和学习的平台。报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/PROTEOMIC2021/　　会议日程:　　报告嘉宾一览：北京蛋白质组研究中心主任/研究员 秦钧　　秦钧博士，男，1965年2月出生。国家特聘专家，北京市特聘专家。秦钧教授是世界上少数几位将质谱仪设计、蛋白质组学方法开发、生物信息学、生物学及临床应用纳入同一个研究项目的学者之一。在蛋白质复合体研究方面，建立了国际领先的蛋白质复合体纯化和鉴定方法 在蛋白质网络研究方面，建立了世界上最大的内源性人蛋白质复合体数据集 在DNA损伤修复开展了大量卓有成效的研究工作 成功建立了国际上最高效的蛋白质组扫描平台 利用转录因子可与其特异性DNA序列结合的特点，设计研发catTFRE用来富集细胞/组织中内源性转录因子和转录调控复合物 主持开发建设了国际上第一个一站式蛋白质组学数据分析云平台 绘制了首个弥漫型胃癌的蛋白质组地形图，并将弥漫型胃癌分为与生存预后和化疗敏感性密切相关的三个分子亚型 绘制了首个解剖区域分辨率的健康人胃黏膜蛋白质组参考图谱，并建立了胃粘膜在生理条件下的蛋白质组的定量参考范围。以责任作者身份在Cell、Nature Biotechnology、Nature Communications、Molecular Cell、Genes & Developments和PNAS等期刊发表系列文章。西湖大学特聘研究员 郭天南　　2006年毕业于华中科技大学同济医学院临床医学七年制，同时获得武汉大学生物科学双学位。2012年获得新加坡南洋理工大学博士学位。2012-2017年在瑞士苏黎世联邦理工大学Ruedi Aebersold教授实验室从事博士后研究。2017年初在澳大利亚悉尼大学儿童医学研究所ProCan任Scientific Director，肿瘤蛋白质组Group Leader，悉尼大学医学院兼聘高级讲师。2017年8月加入西湖高等研究院任特聘研究员。长期从事蛋白质组学相关研究，并将其应用于大量的临床样本(包括甲状腺癌、前列腺癌等)，结合人工智能探索生物标志物。中山大学教授 李惠琳　　中山大学药学院教授，博士生导师。主要从事生物质谱新技术的开发及应用，侧重于(1)开发整合结构质谱技术(包括native top-down MS, HDX-MS, CX-MS等)，用于药物作用分子机制及蛋白复合物结构研究 (2)Middle-down/top-down蛋白质组学新技术的开发及应用。共发表SCI收录论文40篇，其中第一作者或通讯作者15篇，主要发表在Nat. Chem.、Anal. Chem.等期刊 2014年获得American Society of Mass Spectrometry Postdoctoral Career Development Award 2019年入选“珠江人才计划”青年拔尖人才 主持国家自然科学基金项目3项。南方科技大学终身教授 田瑞军　　南方科技大学终身教授，加拿大渥太华大学及深圳市人民医院兼职教授，中国蛋白质组组织CNHUPO常务理事、中国化学会色谱专业委员会理事、中国质谱学会理事和中国分子系统生物学学会理事，科技部“国家重点研发计划”子课题负责人。2008年在中国科学院大连化学物理研究所获得分析化学博士学位，师从邹汉法研究员，并获得中国科学院院长优秀奖和中国科学院优秀毕业生奖励。在加拿大先后师从Daniel Figeys教授和Tony Pawson院士完成博士后研究，并获得加拿大国立卫生研究院(CIHR)博士后基金资助。2014年起受聘南方科技大学化学系，致力于蛋白质组学的方法学和技术研究，并强调其在细胞信号转导和肿瘤微环境等生物医学研究方向的应用。已在国际主流学术期刊上发表论文70余篇，其中以通讯作者在Nature、PNAS、Anal. Chem.等上发表文章近30篇。曾荣获由国际蛋白质结构分析和蛋白质组学协会(IAPSAP)颁发的2012 Young Investigator Award、深圳市鹏城学者特聘教授和广东杰出青年基金等。曾担任第五届中加系统生物学研讨会等国内外会议共同主席。目前担任色谱杂志青年编委和Frontiers in Endocrinology编委。

大家好，本周为大家分享一篇发表在Nat. Commun.上的文章：Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics ，文章的通讯作者是威斯康星大学麦迪逊分校的葛瑛教授。　　蛋白质大多都是通过组装成蛋白复合物来执行特定的生物功能，因而表征内源性蛋白复合物的结构和动力学将有助于生命过程的理解。蛋白复合物在其组装、翻译后修饰(Post-translational modifications，PTMs)和非共价结合等方面是高度动态的，在native状态下通常以低丰度存在，这给研究其结构和动态性的传统结构生物学技术(如X-ray和NMR)带来了巨大的挑战。非变性Top-down质谱(nTDMS)结合了非变性质谱和Top-down蛋白组学的优势，目前已发展成蛋白复合物结构表征的有力工具，可以保留蛋白质亚基-配体间的非共价作用和PTMs等重要信息。然而，由于内源性蛋白复合物自身的低丰度特性，导致对其的分离纯化和检测非常困难，所以nTDMS目前仅限用于过表达的重组或高丰度蛋白质的表征。在本研究中，作者开发了一种非变性纳米蛋白质组学(Native nanoproteomics)技术平台，通过使用表面功能化的超顺磁性纳米颗粒(Nanoparticles，NPs)直接富集组织中的蛋白复合物，然后再利用高分辨质谱表征其结构和动态性。这里选用心肌肌钙蛋白(Cardiac troponin，cTn)异源三聚体复合物(~77 kDa)作为研究对象。cTn三聚体复合物是调节横纹肌肌动蛋白收缩的Ca2+离子调节蛋白，由TnC、cTnI和cTnT这3个亚基组成。其中，TnC是Ca2+结合亚基，cTnI是抑制肌动蛋白-肌球蛋白相互作用的亚基，而cTnT细丝锚定亚基。TnC与Ca2+的结合，以及cTnI 亚基的磷酸化，会共同引起细丝上的分子级联事件，诱导心肌收缩所必需的肌动蛋白-肌球蛋白交叉桥的形成。传统结构生物学技术不能有效捕获cTn复合物高度动态的构象变化，并且先前研究用的cTn复合物是由原核细胞表达的，缺乏PTMs的信息。因此，作者开发了native纳米蛋白组学的方法，以实现对人内源性cTn复合物结构和动力学的全面表征。作者首先使用肽功能化的超顺磁性氧化铁NPs富集了人心脏的内源性cTn复合物，同时优化了非变性蛋白提取缓冲液(高离子强度LiCl溶液，生理pH)。富集到的cTn复合物中的3种亚基的含量比例为1:1:1，真实反应了肌节cTn异源三聚体复合物的组成。作者也发现含有750 mM L-Arg，750 mM咪唑和50 mM L-Glu(pH 7.5)的溶液对蛋白复合物的洗脱效果最好，并且不会破坏亚基间的相互作用。该富集方法具有很好的重现性，proteoforms信息得到很好保留，且可以直接用于化学计量分析。总的实验流程如图1所示，洗脱后的cTn复合物经体积排阻色谱(Sze-exclusion chromatography，SEC)除盐和交换至醋酸铵溶液中，随后对cTn复合物进行多种nTDMS分析：1)在线SEC监测复合物 2)超高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱(FTICR-MS)表征复合物的化学计量比和proteoforms 3)捕获离子淌度质谱(TIMS-MS)解析调控复合物构象变化中的非共价作用的结构动态性。　　图1. 用于表征人心脏中内源性cTn复合物的native纳米蛋白组学平台。　　为了全面表征内源性cTn复合物，作者使用FTICR-MS进行proteoforms测序和复合物表征。图2展示了native状态下检测丰度最高的cTn复合物的电荷态(19+)，其中包含了4种独特的proteoforms，这些复合物主要带有单磷酸化的cTnT、单磷酸化和双磷酸化的cTnI，以及结合了3个Ca2+的TnC。这些结果表明人cTn复合物在肌节中以结构多样化的分子组成存在，具有高度异质的共价和非共价修饰，可产生一系列不同的完整复合物。　　图2. FTICR-MS分析展示的cTn复合物状态。红色方框中是最高丰度电荷态(19+)的放大谱图，理论同位素分布(红色圆圈)可以与谱图很好叠加，说明结果具有高质量精度(质量偏差在2 ppm 以内)。　　作者接着对cTn复合物进行complex-up分析，以研究复合物的化学计量比及其组成。图3a~3b分别显示的是完整cTn三聚体复合物，以及经CAD碎裂后的蛋白亚基谱图。但这里没有检测到cTnI单体，可能是因为cTnI和TnC在native状态下的亲和力很强，且cTnI单体带的电荷不多，导致其在高m/z区域出峰，所以不易被检测到.随后，作者又对解离出的亚基进行complex-down分析。图3c展示了检测到的cTnT的多种proteoforms：未磷酸化的 cTnT、单磷酸化的cTnT(p cTnT)和 C 端 Lys 截断的磷酸化cTnT(pcTnT [aa 1-286])，CAD碎裂谱图也发现cTnT的C端较N端更易暴露在外界溶剂中。图3e则是cTn(I-C)二聚体的谱图，共检测到6种具有不同数量Ca2+结合和磷酸化的proteoforms。二级谱图可将cTnI的两个磷酸化位点准确定位在Ser22和Ser23，同时发现cTnI序列两端都较内部区域更易暴露于溶剂中。但还无法通过nTDMS准确推断Ca2+结合和磷酸化是如何影响cTn复合物的稳定性。作者在此也没有优化FTICR-MS在非常高m/z范围的离子检测，所以也会遗漏带少量电荷的cTn复合物信息。　　图3.nTDMS表征人心脏来源的cTn复合物。(a~b)完整cTn复合物和经CAD碎裂后的亚基谱图 (c~d)cTnT单体及其代表性的CAD碎裂谱图 (e~f)cTn(I-C)二聚体及其代表性的CAD碎裂谱图。　　人TnC蛋白含有3个钙结合EF-hand基序(结构域 II~IV)。结构域 II与Ca2+结合的亲和力较低，是触发心肌收缩的调控域。结构域 III 和 IV则与Ca2+具有强的亲和力，在心肌舒张和收缩时均始终保持与Ca2+充分结合，但结构域 II只有在收缩时才被Ca2+占据。这里观察到了TnC分别与0、1、2和3个Ca2+结合的情况，通过CAD碎裂也进一步定位了TnC与Ca2+结合的具体氨基酸序列(图4)。研究发现结构域 II的骨架最容易发生碎裂，而结构域 III的骨架最难碎裂。目前结构域 II~IV的序列在UniprotKb中分别对应65DEDGSGTVDFDE76、105DKNADGYIDLDE116和141DKNNDGRIDY152。这里分别将与1、2和3个Ca2+结合的TnC隔离出来进行CAD碎裂(m/z分别为2312、2316和2321)，可以更准确地将结构域 III、II和IV的序列分别定位到113DLD115、141DKNND145和73DFDE76(图4c)，表明非变性纳米蛋白组学方法在定位非共价金属结合方面具有高分辨能力。　　图4.nTDMS定位 TnC与Ca2+结合的结构域。(a)FTICR-MS隔离与不同数量Ca2+结合的TnC单体 (b~c)与两个Ca2+结合的TnC的CAD碎裂谱图，蓝色、红色和黄色方框分别对应结构域 II 、III和IV。　　Ca2+与TnC的结合会对cTn复合物的功能和构象有着很大影响。cTn复合物的核心区维持着构象的稳定，但当Ca2+与TnC发生结合时，其柔性区会经历广泛的构象变化，复合物结构会从“closed”状态转变成“opened”状态，这会促进肌动蛋白和肌球蛋白间的相互作用，最终导致心肌收缩。然而，传统结构生物学技术很难捕获cTn复合物与Ca2+结合时的构象变化。因此，作者使用离子淌度质谱来分析cTn复合物的构象变化。TnC亚基和与Ca2+结合的cTn(I-C)二聚体的淌度分离谱图如图5所示。与0~3个Ca2+结合的TnC的碰撞截面(Collision Cross-Section，CCS)值分别为1853、1849、1829和1844 Å2(图5a~5b)，TnC构象比IMPACT预测的更为紧凑，但cTn(I-C)二聚体的CCS值与预测的非常接近(图5c~5d)。作者推测TnC与两个Ca2+结合会形成更致密的构象，是因为在静息舒张时Ca2+与结构域 III 和 IV充分结合。当第三个 Ca2+与结构域II结合时，TnC转变为“opened”构象，使其N端与cTnI的C端相结合，进而引发心肌收缩(图5e)。cTn(I-C)二聚体与Ca2+结合时的构象变化也是如此(图5f)。　　图5.TnC单体(a~b)和与Ca2+结合的cTn(I-C)二聚体(c~d)的离子淌度分离谱图 (e~f)TnC和cTn(I-C)二聚体与Ca2+结合时的构象变化。　　最后，作者通过添加EGTA来剥离cTn复合物中的Ca2+，以进一步研究Ca2+在维持复合物结构稳定性上的作用。图6b~6c是没有EGTA孵育时的cTn复合物的TIMS-MS谱图。cTn复合物的CCS值与理论预测值非常符合。随着EGTA孵育浓度的增加(25、50和100mM)，Ca2+逐渐被螯合，cTn复合物的结构也越来越舒展，体现在平均电荷态逐渐增加，以及逐渐在较低m/z范围内出峰，这表明cTn复合物构象的稳定性丢失与EGTA浓度的增加相关(图6d~6f)。虽然100mM EGTA孵育也不敢保证Ca2+的完全剥离，并且cTnI的存在又会增强TnC与Ca2+的结合，但TIMS-MS为我们研究cTn复合物与Ca2+结合时的构象变化提供了一种切实可行的分析手段。　　图6.cTn复合物与EGTA孵育时的构象变化。(a)cTn复合物的构象随EGTA孵育浓度的增加发生改变 (b~c)cTn复合物的TIMS-MS谱图 (d~f)cTn复合物与不同浓度EGTA(25、50和100mM)孵育的谱图和CCS分析。　　总的来说，本研究开发了一种可用于内源性蛋白复合物富集和结构表征的非变性纳米蛋白组学方法，以获取其组装、proteoforms异质性和动态非共价结合等方面的生物信息。本文采用的功能化NPs可被灵活设计成选择性结合特定的靶蛋白，在富集和洗脱过程中可以很好保持其近似生理条件下的存在状态。更为重要的是，功能化NPs与nTDMS的整合可以作为一种强有力的结构生物学工具，可以作为传统技术的补充，用于内源性蛋白复合物的表征。　　撰稿：陈昌明 编辑：李惠琳文章引用：Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics　　参考文献　　Chapman EA,Roberts DS, Tiambeng TN, et al. Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics. Nat Commun. 2023 14(1):8400. Published 2023 Dec 18. doi:10.1038/s41467-023-43321-z

研究背景Nature：清北团队合作发现CRISPR免疫增效子，建立Cas9核酸酶生长进化模型CRISPR-Cas系统是一种强大的基因编辑工具，但Cas9核酸酶活性仍需提高。现有的方法存在着种种局限性，例如优化序列可能破坏结构、改变表达方式可能导致副作用、使用辅助蛋白会增加复杂性等。因此，开发新的方法来增强Cas9核酸酶的活性仍是CRISPR-Cas系统研究中的一个重要课题。2024年5月29日，来自清华大学和北京大学的研究团队在Nature上合作发表了题为：Pro-CRISPR PcrIIC1-associated Cas9 system for enhanced bacterial immunity的研究论文研究团队通过生物信息学分析、结构生长轨迹分析、生化实验、冷冻电镜解析和大肠杆菌抗噬菌体实验等手段，发现了一类新型CRISPR免疫增效子PcrIIC1，可以显著增强Cas9核酸酶的活性。研究团队还建立了Cas9核酸酶生长进化模型，揭示了Cas9蛋白结构和功能的演变规律，并阐明了PcrIIC1增强Cas9活性的分子机制。这项研究为我们进一步理解CRISPR系统的进化历程，以及开发基于CRISPR免疫增效子的高效基因编辑工具奠定了基础。研究思路通过生物信息学分析，研究团队观察到一类新型关联基因（Novel-associated genes, NAGs），显著富集存在于较大蛋白体积的II-C型Cas9的基因簇中，并推测这些NAGs可能参与到Cas9介导的细菌免疫过程。图1. 结构生长轨迹分析方法（左）和II-C型Cas9的生长轨迹图（右）通过生化实验和冷冻电镜解析复合体结构表明，来自金黄色细菌属（Chryseobacterium sp.）的CbCas9生长出了一个全新的增强Cas9活性的β-REC2结构域，以及一个全新的能够与其关联基因PcrIIC1互作的CTH结构域。通过蛋白间相互作用，2个CbCas9蛋白和2个PcrIIC1蛋白能够形成异源四聚体复合物。图2. 冷冻电镜分析CbCas9和PcrIIC1结合的三个阶段蛋白质与核酸的分子互作实验表明，与单独的CbCas9相比，CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合进而体现出切割活性，对原间隔区相邻基序序列的兼容性更广，对错配的耐受性更强，抗噬菌体免疫性增强。研究利用溶液中标记的分子互作方式获得亲和力，得出与单独的CbCas9相比，CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合（图3a）进而体现出切割活性，对原间隔区相邻基序序列的兼容性更广，对错配的耐受性更强，抗噬菌体免疫性增强。图3. PcrIIC1增强CbCas9的DNA结合(a)、切割(b)、PAM兼容性(c)、DNA解旋 (d) 和错配容忍 (e) 能力最后，为了检验CRISPR免疫增效子PcrIIC1对CbCas9抗噬菌体免疫能力的影响，研究人员在大肠杆菌中进行了抗噬菌体实验。以上结果说明CbCas9-PcrIIC1复合体的形成对整个CRISPR-Cas系统的免疫增强至关重要。图4. PcrIIC1显著增强了CbCas9系统的细菌免疫活性FIDA如何更好复现Nature蛋白与核酸互作发文思路流体动力分散技术（FIDA）通过第一性物理原理直接获取分子的绝对流体动力学半径（Rh），通过追踪分子微妙的变化来表征生物分子的行为、特征以及功能。Fida Neo分子互作仪涵盖亲和力表征、亲和动力学表征、分子质量表征三大功能，一次实验即可获得互作与分子质控的数据，让互作的数据有“法”可依。FIDA技术无需固定、无需加热，甚至无需标记，可兼容所有缓冲液，是对现有分子互作技术是一次不一样的升级。FIDA技术可用于CbCas9-PcrIIC1复合物冷冻电镜前样品质控，CbCas9-PcrIC1复合物与DNA的亲和力实验以及动力学实验，以及CRISPR- cas以及核酸复合物的大小和定量表征等方面，具体如下:FIDA多维蛋白复合体表征，快速无稀释优化冷冻电镜样品，丰富您的蛋白质表征数据。FIDA所获得的Rh为绝对的粒径大小，可以直接与后期的电镜数据做比较。此外FIDA内置的 PDB 关联程序，可以将实际获得的 Rh 与数据库中的结构信息进行比较，有助于结构的精细解析。FIDA技术单次运行只需要40 nL 蛋白质在 4 分钟内获得的完整蛋白质 QC 图，包括冷冻电镜样品QC的关键参数表征，例如多分散性指数（PDI），聚集（Agg），粘度（Viscosity），粘附性（Stickiness），完整性（Rh）等指标，FIDA是一种非常有效的支持所有生物物理学和结构生物学的基本工具。图5. FIDA单次测试的得到8个蛋白表征数据冷冻电镜应用：FIDA：4分钟给您无稀释的冷冻电镜样品优化解决方案FIDA和本篇研究中应用的分子互作技术都是一种在溶液状态下通过荧光分子标记表征分子互作的技术。对于蛋白可能需要形成多聚体，在溶液环境下，更能有效的体现蛋白与蛋白或蛋白与核酸互作的真实情况。FIDA 可以使用含盐和洗涤剂的缓冲液条件，具有不同环境中（类体内环境）进行测试的灵活性。这使得研究者能够分析不受缓冲液成分限制的核苷酸，以确保其数据的准确性和可靠性。FIDA 这种在溶液内检测分子互作技术，是理想的结合能力检测，因为它不依赖于潜在的阻碍性表面固定，不受结合域空间方向影响的表征。图6. FIDA实验原理示意图FIDA不仅可以表征互作亲和力，也同时无标记检测CRISPR核酸酶与gDNA相互作用的热力学、亲和力、和结合动力学，全面表征蛋白与核酸互作。FIDA不仅可以完成本研究中得到的CbCas9-PcrIC1复合物表现出增强的DNA结合亲和力，还可在无标记下表征蛋白与核酸的热力学参数与结合动力学，甚至表征结合时蛋白构象变化与获得有关基因编辑过程的分子细节的定量表征。FIDA技术可以处理带负电荷分析物和带正电荷配体，使利用FIDA能够深入了解CRISPR- cas组分之间的结合相互作用，并以更高的准确性和效率表征和优化CRISPR系统。FIDA是一种序列无关的技术-不需要事先了解序列。FIDA的序列独立性质可对未知或未表征的基因组区域进行研究，同时简化工作流程。图7.(A) FIDA实验示意图。ReporterRNA用于识别RNP的大小和饱和点(上)，用其报告RNP结构作为竞争分析的起点(下) (B)正向结合(上)和反向滴定(下)期间获得的原始FIDA数据 本研究在分子层面直观的揭示了免疫增效子PcrIIC1的作用。首次发现了一类新型的CRISPR免疫增效子可以通过二聚化Cas9效应器提升Cas9活性，这些结果不仅有助于我们进一步理解CRISPR系统的进化历程，还为未来基于CRISPR免疫增效子的高效基因编辑工具的开发奠定了基础。FIDA对于蛋白质复合体的多维表征和对蛋白与核酸互作亲和力与动力学的的检测，不依赖于分子量变化，样本用量少（仅需40nL），是一种在溶液状态下且不受缓冲液成分影响的多维表征技术。对于在本研究中相似的蛋白可能需要形成多聚体，在溶液环境下，更能有效的体现互作的真实情况。

由中国科学院院士贺福初领衔的北京蛋白质组研究中心/蛋白质组学国家重点实验室，在国际学术刊物《分子与细胞蛋白质组学》(Molecular & Cellular Proteomics，MCP)2009年第三期上，同时发表了《亨廷顿疾病患者脑脊液的脑特异性蛋白含量下调》等3篇研究论文。3篇论文在该刊同期发表，创造了该刊单期同一单位发表论文数量之最。3篇研究论文分别从亨廷顿疾病(HD)发病机理、乙型肝炎病毒(HBV)相关疾病的诊断治疗方法、蛋白质组质谱数据筛查新模型等方面进行了深入研究。 　　钱小红研究员课题组合作发表的《亨廷顿疾病患者脑脊液的脑特异性蛋白含量下调》一文，发现了亨廷顿疾病潜在的生物标志物。该研究以患者脑脊液为样本，通过对基因组和蛋白质组数据的整体研究，规模化地筛选和鉴定与亨廷顿疾病发生、发展密切相关的蛋白质，揭示出HD患者脑脊液中高表达的蛋白可作为HD的潜在生物标志物，为有效诊断亨廷顿疾病提供了可能的参考指标。 　　HBV感染作为一种严重危害人类健康的重大疾病，目前治疗手段有限，其重要原因是缺乏有效的治疗靶点。 　　姜颖副研究员课题组用先进的蛋白质复合体分离和鉴定方法，发现了治疗乙型肝炎病毒相关疾病的潜在靶点，为系统了解乙型肝炎病毒的生命周期和研发相关疾病的治疗药物提供了新的思路。 　　大规模、高通量的蛋白质组研究产生了海量数据，其中包含了大量的“噪声”，而可靠的数据是进一步生物学分析的基础。目前的分析方法均采用了过严的标准，这在降低假阳性的同时也人为造成了数据较高的假阴性，导致大量数据浪费。因此，“在保证高可信度的前提下，最大限度地利用实验数据”一直是蛋白质组学界的追求。朱云平研究员课题组基于随机数据库策略、非参概率密度模型和贝叶斯公式，建立了串联质谱数据过滤的多元贝叶斯非参模型，将质谱数据的利用率提高了10%～40%，创造了目前该领域研究的最好水平。