近日，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)、國(guó)立衛(wèi)生研究所(NIH)信息技術(shù)中心的研究人員在《Nature chemistry》雜志上發(fā)表新研究成果“Protein fold determined by paramagnetic magic-angle spinning solid-state NMR spectroscopy”，他們將固體核磁共振技術(shù)與順磁標(biāo)記物(paramagnetic tags)結(jié)合起來(lái)，獲得了一種新型的固體NMR方法，并利用這一技術(shù)檢測(cè)了蛋白質(zhì)分子的形狀，從而可以更好地了解這些分子在健康細(xì)胞中的關(guān)鍵功能及參與致病的機(jī)理。
蛋白質(zhì)生命活動(dòng)的真正執(zhí)行者，對(duì)其功能的研究具有重要的生物學(xué)意義和利用價(jià)值。而蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的確定為蛋白質(zhì)功能的確定提供重要線索。長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員花費(fèi)大量的心血來(lái)分析蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，通過(guò)了解這些復(fù)合體的結(jié)構(gòu)來(lái)揭示蛋白質(zhì)功能的豐富信息。
X射線晶體學(xué)是生物學(xué)研究中蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測(cè)定的一種常用方法。X射線晶體學(xué)的特點(diǎn)是可以確定原子精度的結(jié)構(gòu)，對(duì)于有機(jī)分子和蛋白質(zhì)，可以給出幾百到上萬(wàn)個(gè)原子的相對(duì)坐標(biāo)。10年前，固體核磁共振(NMR)波譜的技術(shù)的誕生更是在X射線晶體學(xué)技術(shù)上取得了極大的飛躍，可幫助研究人員檢測(cè)X射線晶體學(xué)無(wú)法確定的蛋白質(zhì)的原子排列。盡管固體核磁共振技術(shù)非常**，但將其獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為真正的三維蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)卻仍然非常困難，是該學(xué)科研究面臨的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。
在這篇文章中，俄亥俄州立大學(xué)的化學(xué)系副教授Christopher Jaroniec及同事們將固體核磁共振技術(shù)與順磁標(biāo)記物(paramagnetic tags)結(jié)合起來(lái)，獲得了一種新型的固體NMR方法，并利用這一技術(shù)檢測(cè)了蛋白質(zhì)分子的形狀。
Jaroniec 說(shuō)：“生物分子的結(jié)構(gòu)信息對(duì)于理解它們的功能具有至關(guān)重要的意義。我們新技術(shù)有助于輔助NMR快速確定其他技術(shù)難于分析的蛋白質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，例如阿爾茨海默氏癥中的淀粉樣蛋白?！?/p>
為了檢驗(yàn)他們的新技術(shù)，研究人員選擇了在鏈球菌中普遍存在的一種稱為GB1的蛋白，過(guò)去科學(xué)家們針對(duì)GB1開展了大量的研究，也早已知曉它的結(jié)構(gòu)。研究人員構(gòu)建出了一種形式的GB1蛋白，將該蛋白沿著氨基酸鏈的某類氨基酸置換成了不同的氨基酸——半胱氨酸，這些半胱氨酸為另一種包含一個(gè)銅原子的標(biāo)記物結(jié)合提供了適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)條件。研究人員將這種氨基酸銅標(biāo)記物稱之為“順磁分子”。 它們能夠顯著影響NMR設(shè)備磁場(chǎng)中不同蛋白原子發(fā)送的信號(hào)。采用這一方法，研究人員快速確定了蛋白質(zhì)原子相對(duì)于順磁標(biāo)記物的定位，利用這一信息計(jì)算出了GB1蛋白的折疊形狀。
Jaroniec 表示：“盡管本研究只是在小模型蛋白中檢測(cè)了這一技術(shù)，但它的實(shí)際應(yīng)用卻非常廣泛。我們希望這一技術(shù)將來(lái)可以應(yīng)用到大量更大、更具難度的蛋白質(zhì)研究中去?！?/p>
原文摘要：
Protein fold determined by paramagnetic magic-angle spinning solid-state NMR spectroscopy
Biomacromolecules that are challenging for the usual structural techniques can be studied with atomic resolution by solid-state NMR spectroscopy. However, the paucity of distance restraints >5 ?, traditionally derived from measurements of magnetic dipole–dipole couplings between protein nuclei, is a major bottleneck that hampers such structure elucidation efforts. Here, we describe a general approach that enables the rapid determination of global protein fold in the solid phase via measurements of nuclear paramagnetic relaxation enhancements (PREs) in several analogues of the protein of interest containing covalently attached paramagnetic tags, without the use of conventional internuclear distance restraints. The method is demonstrated using six cysteine–EDTA–Cu2+ mutants of the 56-residue B1 immunoglobulin-binding domain of protein G, for which ~230 longitudinal backbone 15N PREs corresponding to distances of ~10–20 ? were obtained. The mean protein fold determined in this manner agrees with the X-ray structure with a backbone atom root-mean-square deviation of 1.8 ?.
原文鏈接：Nature chemistry
