Revista de química física y biofísica
Acceso abierto

abstracto

Estructura de molécula única de alta resolución revelada por microscopía electrónica y tomografía electrónica de partículas individuales

Lei Zhang y Gang Ren

La proteína es naturalmente dinámica y heterogénea en solución. La dinámica de las proteínas implica tanto las fluctuaciones de equilibrio que regulan la función biológica como otros efectos de desequilibrio de los motores biológicos, que convierten la energía química en energía mecánica. Sin embargo, una estructura única y única de proteína determinada a partir de cristal de rayos X y microscopía electrónica convencional de una sola partícula es insuficiente para abarcar la naturaleza dinámica de las proteínas en solución. La determinación de la estructura de la proteína dinámica y heterogénea requiere esencialmente la determinación de cada partícula individual de proteína. Recientemente, los Dres. Gang Ren y Lei Zhan publicaron las primeras imágenes EM tridimensionales (3D) de una sola molécula de proteínas individuales jamás obtenidas con suficiente claridad para determinar su estructura, un anticuerpo IgG (resolución de 14 Å) y un HDL de 17nm (resolución de 36 Å). Estos resultados dependieron de cuatro innovaciones: i) la preparación mejorada de la muestra por microscopía crioelectrónica (cryoEM) y las condiciones de operación de microscopía electrónica (EM) dieron como resultado la obtención exitosa de imágenes de una partícula HDL de 17 nm (120-200kDa) mediante tomografía crioelectrónica (cryoET ); ii) desarrolló un protocolo NS optimizado (OpNS) que elimina el artefacto rouleau que ha plagado la investigación de EM durante tres décadas. Este protocolo OpNS proporciona imágenes de lipoproteínas individuales de alto contraste con un tamaño (<5%) y una forma (<5%) similares a los observados por cryoEM; iii) desarrolló un protocolo de preparación de muestras de alta resolución y alto contraste, tinción criopositiva (cryoPS) que permite la visualización directa de la estructura secundaria de una proteína pequeña, como las hebras β en CETP y el doble cinturón helicoidal de apoA-I en HDL esférico; iv) desarrolló un método sólido de reconstrucción de tomografía, la tomografía electrónica de partículas individuales (IPET), que es un método de reconstrucción de alta resolución y alto rendimiento que, hasta donde sabemos, es el único método para determinar la estructura de una proteína individual. Sorprendentemente, IPET fue en contra de la sabiduría convencional de que una sola proteína NO puede ser reconstruida por EM y esto abre una puerta para el estudio de la dinámica de proteínas a través de una comparación estructural partícula por partícula.