助中国学者发表多篇顶级期刊论文的新技术

　　2016年09月18日讯 科学技术就是话语权，近年来国内生命科学研究蓬勃发展，离不开一些新技术的更进与创新，冷冻电子显微技术（cryo-electron microscopy, cryo-EM）就是其中之一，“冷冻电镜就是把电子打在样品上，经过傅里叶变换，最后收集图象，进行particle classification（粒子分类），最后重构出一个三维的结构。样品是动态的，把样品放在一个格栅上面，最后把它弄得很薄，然后冷冻，不同的方向都会被保存下来，这样透射电镜透射以后这个投影会出现不同的图像，然后通过三维的重构把原始图像放在一起”，施一公教授的解释如是。

　　冷冻电子显微技术（cryo-electron microscopy, cryo-EM）在结构生物学领域发挥了越来越重要的作用。早在七八年前，清华大学就开始重视冷冻电镜技术，投入了大量资金用于冷冻电镜设施的建设。这个决定使清华在冷冻电镜领域，无论是从科研设备还是人才成果等方面都跻身世界领先水平。

　　近期来自清华大学生科院的施一公教授发表综述：“Biological cryo-electron microscopy in China”，回顾了冷冻电镜在中国的发展历史，描述了目前的发展状态，并展望了这种技术将会为生物学研究的各个领域带来什么样的影响。

　　生命过程的根本规则被称为“中心法则”，是“DNA被转录成RNA，RNA被翻译成蛋白质”，蛋白质来执行具体的功能。但RNA要被翻译成蛋白质，需要“剪接体”剪接，这涉及到人体内几乎所有的生命活动，也包括疾病。科学家发现“剪接体”后，一直想研究清楚其结构和机理，但一直没能获得根本性的突破。

　　去年清华大学施一公教授接连发表两篇Science文章，首次报道了分辨率高达3.6埃的“剪接体”分子结构。第一篇文章报道了“剪接体”近原子分辨率的三维结构，这一结构是通过单颗粒冷冻电子显微技术解析得到的。第二篇文章是在这一3.6埃剪接体结构的基础上，进行详细分析，对剪接体的基本工作机理进行了阐述。1埃等于一百亿分之一米，等于0.1纳米，用于表征原子的半径。

　　在此基础上，今年这一研究组又发表两篇Science文章，报道了酿酒酵母剪接体激活和剪接反应催化过程中两个重要状态的剪接体复合物近原子分辨率的三维结构，阐明了剪接体的激活和催化机制，从而进一步揭示了前体信使RNA剪接反应（pre-mRNA splicing）的分子机理。

　　同时，这一研究组今年还另外分别在Science杂志上公布了分辨率为3.8埃的U4/U6.U5 三小核核糖核蛋白复合物三维结构。

　　清华大学生命科学学院王宏伟教授长期致力于使用冷冻电镜技术研究生物大分子的结构以及其组装机制，研究领域集中在细胞骨架动态机理、RNA降解、RNA干扰以及冷冻电镜方法学。

　　早在2007年，其研究组就揭示了酵母RNA降解外泌体Exosome复合物的结构，之后又获得了微管和Exosome等的高分辨电镜结构。今年Cell Research杂志公布了王教授研究组通过单颗粒冷冻电镜解析Ski7-exosome复合体及其结合RNA时高分辨率结构的新成果。

　　清华大学向烨研究组利用冷冻电镜与X射线结晶技术分析病毒结构，取得了不少成果，如今年他们在Nature杂志上发表文章，通过比较噬菌体φ29尾部末端蛋白gp9全长和突变体gp9△417-491的晶体结构，发现gp9蛋白能够形成六聚体通道结构。

　　噬菌体首先需要克服细胞壁和细胞膜的阻碍，才能将遗传物质注入宿主进行复制和重新组装。φ29及其它大多数噬菌体通过尾部蛋白肽聚糖水解酶对细胞壁进行局部水解而突破细胞壁，然而噬菌体突破细菌细胞质膜并释放其遗传物质到宿主体内的机制知之甚少。这项研究指出这一以形成跨膜孔道突破细胞膜的机制与一些真核病毒如腺病毒类似，表明虽然真核病毒和原核病毒在形态结构及入侵机制上有着较大的区别，针对同一障碍的趋同进化过程使得它们形成类似的机制克服宿主细胞膜障碍。

　　此外中山大学的张勤奋研究组也利用冷冻电镜分析了蛋白复合物，以及感染植物，鱼类等的二十面体病毒，还有上海生科院的丛尧等人都在这方面取得了一些成果。