利用抗体片段扩展Sybodies以助力小膜蛋白的冷冻电镜分析

《Scientific Reports》：Rigid enlargement of sybodies with antibody fragments for cryo-EM analyses of small membrane proteins

本研究针对小膜蛋白冷冻电镜结构解析的难题，通过开发Legobodies和NabFabs技术，成功扩展了Sybodies的尺寸，显著提升了小膜蛋白的结构解析能力，为相关研究提供了有力工具。

　　单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）已成为解析膜蛋白结构的首选方法，但对于小于100 kDa的小膜蛋白，由于其颗粒小、对比度低且缺乏可区分特征用于粒子对齐和平均，高分辨率结构解析仍面临挑战。为解决这一问题，国外研究机构的研究人员开展了一项研究，探索如何将Legobodies和NabFabs与Sybodies相结合，以扩展小膜蛋白的尺寸并提高其在冷冻电镜分析中的结构解析能力。研究结果表明，通过调整Sybodies的C末端序列，使其与Legobodies和NabFabs兼容，可以显著提高小膜蛋白的结构解析分辨率，为相关研究提供了新的思路和方法。该论文发表在《Scientific Reports》上。

研究背景

单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）技术的发展为生物大分子结构解析带来了革命性的变化，尤其在解析膜蛋白结构方面表现出巨大优势。然而，对于小于100 kDa的小膜蛋白，其结构解析仍面临诸多困难。这些小膜蛋白由于颗粒尺寸小、对比度低且缺乏可用于粒子对齐和平均的明显特征，使得高分辨率结构解析变得极具挑战性。为了解决这一问题，研究人员一直在探索新的方法和技术，以提高小膜蛋白在冷冻电镜分析中的结构解析能力。

研究方法

研究人员主要采用了Legobodies和NabFabs技术来扩展Sybodies的尺寸。Legobodies通过将Fab片段与Sybodies结合，形成一个类似乐高积木的结构，从而增加颗粒尺寸并提高结构解析的分辨率。NabFabs则通过选择性结合特定的Sybodies，进一步扩展其尺寸。为了实现这一目标，研究人员对Sybodies的C末端序列进行了调整，使其能够被Legobodies和NabFabs识别和结合。

研究结果

研究人员发现，通过在Sybodies的C末端引入特定的氨基酸序列（如“SLEHHHHHH”），可以使其与Legobodies兼容，从而实现尺寸扩展。此外，对于NabFabs，研究人员发现只有来自loop库的Sybodies在经过特定的氨基酸替换（如Q108P）后，才能与NabFabs有效结合。而对于concave和convex库的Sybodies，这种结合效果较差。研究人员还尝试了将Sybodies的CDR区域移植到TC-Nb4框架上，以使其与NabFabs兼容。结果显示，这种方法对于convex库的Sybodies较为有效，而对于concave和loop库的Sybodies则效果不佳。

研究结论与讨论

本研究成功开发了一种通过Legobodies和NabFabs扩展Sybodies尺寸的方法，显著提高了小膜蛋白在冷冻电镜分析中的结构解析能力。这一技术为小膜蛋白的结构研究提供了新的工具和思路，有望推动相关领域的进一步发展。然而，研究人员也指出，这种尺寸扩展方法可能会引入一些新的问题，如Fab片段与目标蛋白之间的空间位阻，这需要在实际应用中进一步验证和优化。尽管如此，这一研究仍为小膜蛋白的结构解析提供了一种有力的技术支持，具有重要的科学意义和应用前景。