2013年Nogales的團(tuán)隊(duì)拼接了調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄成RNA的復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，復(fù)合體的一個(gè)臂上懸掛著緊繞DNA鏈的10納米結(jié)構(gòu)，這段結(jié)構(gòu)可能影響基因轉(zhuǎn)錄。Nogales表示，這個(gè)結(jié)構(gòu)很漂亮，它可以幫助我們分析這個(gè)分子起作用的機(jī)制。
小而漂亮
現(xiàn)在低溫電鏡迅猛發(fā)展，專家們正在尋找更大的挑戰(zhàn)作為下一個(gè)解析目標(biāo)。對(duì)很多人來(lái)說(shuō)，最想解析的是夾在細(xì)胞膜內(nèi)的蛋白。這些蛋白是細(xì)胞信號(hào)通路中的關(guān)鍵分子，也是比較熱門(mén)的藥物靶標(biāo)。這些蛋白很難結(jié)晶，而低溫電子顯微鏡不大可能對(duì)單個(gè)蛋白進(jìn)行成像，這是因?yàn)楹茈y從背景噪音中提取這些信號(hào)。
這些困難都無(wú)法阻擋加利福利亞大學(xué)（University of California）的生物物理學(xué)家程亦凡。他計(jì)劃解析一種細(xì)小的膜蛋白TRPV1。TRPV1是檢測(cè)辣椒中引起灼燒感的物質(zhì)的受體，并與其它痛感蛋白緊密相關(guān)。加利福利亞大學(xué)病理學(xué)家David Julius等人之前嘗試結(jié)晶TRPV1，結(jié)果失敗。用低溫電子顯微鏡解析TRPV1項(xiàng)目，一開(kāi)始進(jìn)展緩慢。但2013年底，技術(shù)進(jìn)步使得這一項(xiàng)目有了重大突破，他們獲得了分辨率為0.34納米的TRPV1蛋白的結(jié)構(gòu)。該成果的發(fā)表對(duì)于領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，無(wú)異于驚雷。因?yàn)檫@證實(shí)了低溫電子顯微鏡能夠解析小的、重要的分子?！爱?dāng)我看到TRPV1的結(jié)構(gòu)時(shí)，我激動(dòng)得一晚上睡不著覺(jué)?！盧ubinstein說(shuō)道。
研究者們可能面臨更多這樣無(wú)眠的夜晚。Agard表示，會(huì)有更多膜蛋白相繼被解析出來(lái)。
上個(gè)月由Scheres和清華大學(xué)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家施一公合作發(fā)表的一篇文章就成功解析了一個(gè)膜蛋白。他們建立了γ-分泌酶的模型，γ-分泌酶負(fù)責(zé)合成與阿茲海默癥相關(guān)的β-淀粉斑。0.34納米分辨率的圖譜顯示，比較少見(jiàn)的遺傳性阿爾茨海默病的γ-分泌酶突變后會(huì)在圖譜上呈現(xiàn)兩個(gè)“熱點(diǎn)”（突變或者重組頻率顯著增加的位點(diǎn)），并且這種突變最終會(huì)合成有毒性的β-淀粉斑。γ-分泌酶的結(jié)構(gòu)圖幫助研究者發(fā)現(xiàn)為什么以往的抑制劑會(huì)無(wú)效，從而促進(jìn)新藥的研發(fā)。程亦凡表示，γ-分泌酶的結(jié)構(gòu)非常驚人。
類似的成功吸引了制藥公司的注意。他們希望借助低溫電子顯微鏡去解析那些無(wú)法結(jié)晶的蛋白，從而更好地研發(fā)藥物。Scheres如今和輝瑞公司合作，攻克離子通道。離子通道包含很多膜蛋白，例如痛感受分子和神經(jīng)遞質(zhì)受體?！拔?guī)缀醣幻恳粋€(gè)人聯(lián)系過(guò)。”Nogales這樣說(shuō)道。
盡管低溫電子顯微鏡發(fā)展迅速，很多研究者認(rèn)為，它仍有巨大提升空間。他們希望能制造出更靈敏的電子探測(cè)器，以及更好地制備蛋白樣本的方法。這樣的話，就能夠?qū)Ω〉?、更?dòng)態(tài)的分子進(jìn)行成像，并且分辨率更高。5月，有研究者發(fā)表了一篇細(xì)菌蛋白的結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)到了0.22納米。這也顯示了低溫顯微鏡的潛力。
與任何熱門(mén)領(lǐng)域一樣，低溫電子顯微鏡的發(fā)展也有煩惱。一些專家擔(dān)心研究者們盲目追求該儀器會(huì)誘發(fā)一些問(wèn)題。2013年HIV表面蛋白的結(jié)構(gòu)圖遭到了科學(xué)家們的質(zhì)疑，他們認(rèn)為用于建模的圖片很多都是白噪聲。此后，其他團(tuán)隊(duì)得到的X射線晶體衍射和低溫電子顯微鏡模型也對(duì)原模型提出了質(zhì)疑。但這些研究者們堅(jiān)持相信自己的結(jié)果。今年6月，在高登研究會(huì)議（Gordon Research Conference ）上，研究者們希望低溫電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)圖要有嚴(yán)格的質(zhì)量控制。并且雜志要求作者們提供詳細(xì)的建模方法。
