Разработан метод анализа структуры мембранных белков в естественной среде

Японские исследователи создали метод анализа структуры на основе изображений (IBSA) — усовершенствованный вариант одночастичного криоэлектронного микроскопического анализа. Он позволяет анализировать трёхмерную структуру мембранных белков непосредственно в липидной мембране, то есть in vivo.

Проблема традиционных методов

Одночастичный анализ (single-particle analysis) в криоэлектронной микроскопии (cryoEM) не требует кристаллизации образца, как рентгеноструктурный анализ, и не имеет верхнего предела по молекулярной массе, как ЯМР-спектроскопия. Метод позволяет достигать атомарного разрешения, используя очень мало водного образца.

Однако для него необходимо множество изображений случайно расположенных частиц целевого белка. Это требует очистки белков, а для мембранных белков — солюбилизации детергентом, что изменяет их молекулярную структуру. Поэтому анализ структуры в реальной среде был затруднён.

Суть метода IBSA

Метод IBSA, разработанный профессором Фудзиёси из Токийского медицинского и стоматологического университета, решает эту проблему. Он фиксирует наклонные и ненаклонные изображения образца, повышая надёжность 3D-реконструкции, сохраняя преимущества одночастичного анализа. Это позволяет анализировать структуру белков в реальных биологических мембранах.

Техническая реализация и результаты

Для проекта компания JEOL создала криоэлектронный микроскоп с криостадией, оснащённой автозагрузчиком образцов и автоматической системой подачи жидкого азота.

С помощью криоэлектронного микроскопа и метода IBSA была проведена структурная анализа фермента β-галактозидазы. Методом оценки FSC (Fourier Shell Correlation) при FSC = 0.143 было достигнуто разрешение 0.27 нм.

Значение разработки

Структурный анализ с помощью криоэлектронного микроскопа не требует кристаллизации образца. Это позволяет изучать структуру белков, которые не образуют кристаллов. Использование метода IBSA открывает возможность анализа структуры мембранных белков в биологической мембране, что может пролить свет на их физиологические функции и ускорить исследования в области разработки лекарств.