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電子顕微鏡によるタンパク質の連続結晶構造解析
Serial protein crystallography in an electron microscope.
PMID: 32081905 PMCID: PMC7035385. DOI: 10.1038/s41467-020-14793-0.
抄録
自由電子レーザーを用いた連続X線結晶構造解析では、サブミクロンサイズの結晶から生体分子の構造を解くことができます。しかし、このような施設ではビーム時間が限られており、また、試料を運ぶための技術が必要となります。一方、回転電子回折（MicroED）は、タンパク質のナノ結晶構造解析の代替手段として大きな可能性を示している。ここでは、両方のアプローチの利点を組み合わせた、タンパク質ナノ結晶の連続電子回折法を紹介します。走査型透過電子顕微鏡では、試料グリッド上にランダムに分散した結晶を自動的にマッピングし、それぞれの結晶から一定方向の回折パターンを高速で記録します。ドーズ分画により、放射線障害の影響を最小限に抑えることができます。グラニュロウイルスの閉塞体とリゾチームの構造をそれぞれ1.55Åと1.80Åの分解能で解くことで、この手法を実証した。この方法により、多くのクラスの物質の構造決定を最小限のサンプル消費量で迅速に行うことができます。
Serial X-ray crystallography at free-electron lasers allows to solve biomolecular structures from sub-micron-sized crystals. However, beam time at these facilities is scarce, and involved sample delivery techniques are required. On the other hand, rotation electron diffraction (MicroED) has shown great potential as an alternative means for protein nano-crystallography. Here, we present a method for serial electron diffraction of protein nanocrystals combining the benefits of both approaches. In a scanning transmission electron microscope, crystals randomly dispersed on a sample grid are automatically mapped, and a diffraction pattern at fixed orientation is recorded from each at a high acquisition rate. Dose fractionation ensures minimal radiation damage effects. We demonstrate the method by solving the structure of granulovirus occlusion bodies and lysozyme to resolutions of 1.55 Å and 1.80 Å, respectively. Our method promises to provide rapid structure determination for many classes of materials with minimal sample consumption, using readily available instrumentation.