新型无细胞蛋白结晶方法，推进结构生物学

　　

   

   

图:CFPC工艺示意图，使用小麦胚芽蛋白合成试剂盒合成多面体单体(PhM)，进一步结晶成纳米大小的多面体晶体。    

图片来源:Takafumi Ueno教授

东京工业大学开发的新的无细胞蛋白结晶(CFPC)方法包括直接蛋白结晶，是结构生物学领域的一个重要进展。这项技术将使用传统方法无法研究的不稳定蛋白质的分析成为可能。 分析这些将增加我们对细胞过程和功能的知识。  

虽然我们熟悉日常生活中使用的某些晶体，如盐和糖，但还有另一组肉眼看不到的晶体，对我们的生理特性至关重要。微观蛋白质晶体存在于活细胞中，有助于维持免疫系统激活、蛋白质储存和保护等过程。

为了更好地了解蛋白质晶体的结构和功能之间的关系，科学家们开发了细胞内蛋白质结晶(ICPC)方法，该方法可以直接观察活细胞中的蛋白质晶体，确保高质量的晶体，而不需要纯化过程或复杂的筛选方法。然而，尽管它有很多优点，但由于在活细胞中形成的晶体没有分析所需的大小和质量，因此很少有结构报道。因此，由东京理工大学的Takafumi Ueno教授领导的一组来自日本的研究人员致力于开发一种更好的方法。最近，他们取得了突破!

在他们发表的文章中，该团队报告了一项技术的发展，该技术将使蛋白质的结晶和分析更加高效和有效。这种技术是一种无细胞蛋白质结晶法(CFPC)，是一种混合在体外蛋白质结晶和ICPC，可以快速直接形成蛋白质晶体，而不需要复杂的结晶和纯化方法。

ICPC有望成为晶体结构分析的重要工具，但我们需要一种方法来获得分辨率更高的蛋白质晶体结构。因此，我们专注于用CFPC建立高质量的蛋白质结晶，使用小规模和快速反应，”Ueno教授说，他也是东京工业大学Ueno实验室的负责人。该实验室的成员研究自然发生的蛋白质组合，它们的结构和功能，旨在应用这一知识开发创新的生物技术和能源解决方案。

回到进行当前研究的团队(其中一些人也是上野实验室的成员)，他们使用了一种小麦胚芽蛋白合成试剂盒，这是一种合成多面体单体的工具，多面体单体是一种病毒蛋白，由cypovirus感染在昆虫细胞中产生。然后使用新的CFPC方法将该蛋白质结晶，形成纳米大小的多面体晶体(PhCs)。该团队可以在6小时内高效地完成这一过程，只使用20微升的反应混合物。扫描电子显微镜图像表明，PhCs有极好的纯度，这允许在高达1.95 ?(或1.95埃)的分辨率下测定其结构。为了进一步探索他们的新系统的能力，研究小组进行了晶体包涵蛋白A (CipA)的结构分析。它的结构是在2.11 ?的高分辨率下确定的，这在本研究之前从未报道过。

这项工作在结构生物学领域是一个巨大的飞跃，因为它提出的方法将使分析不稳定和低产量的蛋白质无法通过传统方法进行研究。这项技术还旨在帮助开发小规模和快速蛋白质结晶和分析的先进技术。上野教授总结道:“用我们的方法产生的高质量蛋白质晶体将扩大结构测定的视野，为我们对活细胞的复杂环境提供有用的、前所未有的见解。”

水晶蛋白的水晶般清晰的视角!

文章标题

Cell-free Protein Crystallization for Nanocrystal Structure Determination