科學(xué)家們用冷凍電鏡(cryo-EM)成像了代謝酶與其抑制劑的結(jié)合，獲得了空前的高分辨率。他們認(rèn)為，這種技術(shù)將為藥物研發(fā)帶來一場革命。

　　了解一個酶與藥物結(jié)合時的精確結(jié)構(gòu)，就可以更好的設(shè)計藥物來阻斷或者增強(qiáng)酶的活性。美國國立癌癥研究所NCI(隸屬NIH)的Sriram Subramaniam博士領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊，對β-半乳糖苷酶(beta-galactosidase)及其抑制子PETG(phenylethyl-beta-D-thiogalactopyranoside)進(jìn)行了高分辨率成像(2.2 Å)，并將結(jié)果發(fā)表在五月七日的Science雜志上。

　　“以成像人類蛋白為基礎(chǔ)的藥物研發(fā)進(jìn)入了新時代，”NIH主管Francis S. Collins博士說。“近原子水平的蛋白結(jié)構(gòu)，為理解細(xì)胞過程提供了極為詳細(xì)的信息。”

　　藥物研發(fā)人員往往要分析小分子與蛋白質(zhì)的相互作用，而且分辨率越高越好。現(xiàn)在Subramaniam等人達(dá)到了cryo-EM成像迄今為止的最高分辨率(2.2 Å)，此前只有X射線晶體衍射達(dá)到過這種水平的分辨率。這能為人們提供足夠的結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)行更好的藥物研發(fā)。

　　用cryo-EM進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時，需要在液氮溫度下瞬間冷凍蛋白質(zhì)懸液，讓蛋白質(zhì)分子周圍的水分保持類似液體的狀態(tài)，然后再通過成像解析蛋白分子的三維結(jié)構(gòu)。1995年，Richard Henderson曾作過一個大膽的預(yù)測：在理想條件下，冷凍電鏡(cryo-EM)檢測蛋白結(jié)構(gòu)應(yīng)該可以達(dá)到3 Å的分辨率。現(xiàn)在研究者們已經(jīng)成功突破了這一理論極限。

　　“cryo-EM技術(shù)允許我們成像相對較小的蛋白，在接近天然環(huán)境的條件下獲得高分辨率結(jié)構(gòu)，蛋白結(jié)構(gòu)不受結(jié)晶過程的影響。這些優(yōu)勢使其成為了革命性的技術(shù)，”Dr. Subramaniam說。

　　研究人員用大約四萬張分子圖像，建立了β-半乳糖苷酶結(jié)合PETG的結(jié)構(gòu)模型。他們明確了PETG的結(jié)合位點(diǎn)，揭示了復(fù)合體中的離子和水分子，獲得了極為詳細(xì)的氨基酸排列。

　　Dr. Subramaniam及其同事近年來用cryo-EM研究了一系列有重要醫(yī)學(xué)意義的分子，比如HIV的包膜糖蛋白以及腦細(xì)胞中的谷氨酸受體。而這項研究是分辨率最高的一次結(jié)構(gòu)分析。

　　“Cryo-EM逐漸成為了結(jié)構(gòu)生物學(xué)和癌癥藥物研發(fā)中的強(qiáng)大工具，” NCI 的Douglas Lowy說。“就算是難以結(jié)晶的蛋白，Cryo-EM也很容易獲得高分辨率的三維結(jié)構(gòu)。”