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    Cell子刊:清华大学王宏伟课题组报道冷冻电镜过焦成像新方法

    摘要 : 2017年9月21日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Structure》期刊在线发表了清华大学生命科学学院王宏伟教授领导的研究组题为“利用球差矫正冷冻电镜和电压相位板技术在过焦状态下解析近原子分辨率蛋白结构”(Near-Atomic Resolution Structure Determination in Over-Focus with Volta Phase Plate by Cs-corrected Cryo-EM)的冷冻电镜方法学研究论文。

    亚美娱乐app www.yynm360.com 2017年9月21日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Structure》期刊在线发表了清华大学生命科学学院王宏伟教授领导的研究组题为“利用球差矫正冷冻电镜和电压相位板技术在过焦状态下解析近原子分辨率蛋白结构”(Near-Atomic Resolution Structure Determination in Over-Focus with Volta Phase Plate by Cs-corrected Cryo-EM)的冷冻电镜方法学研究论文。研究成果首次提出并使用过焦成像技术获得高分辨蛋白质结构,是冷冻电镜成像理论方面的新方法,同时此方法也为球差矫正技术和相位板技术在生物冷冻电镜领域的应用提供了新思路。博士生范潇和赵玲云博士为该论文共同第一作者,王宏伟教授和雷建林博士为该论文的共同通讯作者。

    近年来,冷冻电镜技术的快速发展使得越来越多的生物大分子结构得以解析,但目前所有已发表的电镜结构在收集数据时的成像方式却仍在沿用数十年以前的欠焦成像方法。这是由于在电镜成像时,生物冷冻样品并不是完美的“弱相位物体”(即电子与其发生相互作用时只发生弹性散射而不损失能量),从而会造成一定的能量损失,产生振幅衬度。而根据衬度传递理论(Contrast transfer theory),在存在振幅衬度的情况下如果使用过焦成像,图像会在极低频率处有快速的相位反转,可能会产生可以用肉眼观察到的图像衬度翻转(由黑变白)。而这种极低频的相位反转很难用软件去估测和校正,导致错误的高频信号相位拟合,从而无法获得高分辨的结构信息。

    王宏伟博士的研究团队结合近几年发展起来的电压相位板(Volta phase plate, VPP)以及由材料电镜领域引入生物冷冻电镜的球差矫正器(Cs-corrector)技术,从理论上展示了在特定条件下可以利用这两个设备使得收集的过焦数据和欠焦数据完全等价,从而不需要对过焦和欠焦数据进行区分。随后,研究人员利用电压相位板和球差矫正电镜收集了去铁蛋白(apo-ferritin)在欠焦和过焦状态下的电镜照片,并解析得到了去铁蛋白在欠焦状态下2.9埃、过焦状态下3.2埃和过焦/欠焦混合状态下3.0埃的三个高分辨结构。这些结果从实验上证明了过焦成像技术的可行性,也为电镜数据收集提供了有价值的新特性。

    09_30_02

    过焦成像技术示意图

    原文链接:

    Near-Atomic Resolution Structure Determination in Over-Focus with Volta Phase Plate by Cs-Corrected Cryo-EM

    原文摘要:

    Volta phase plate (VPP) is a recently developed transmission electron microscope (TEM) apparatus that can significantly enhance the image contrast of biological samples in cryoelectron microscopy, and therefore provide the possibility to solve structures of relatively small macromolecules at high-resolution. In this work, we performed theoretical analysis and found that using phase plate on objective lens spherical aberration (Cs)-corrected TEM may gain some interesting optical properties, including the over-focus imaging of macromolecules. We subsequently evaluated the imaging strategy of frozen-hydrated apo-ferritin with VPP on a Cs-corrected TEM and obtained the structure of apo-ferritin at near-atomic resolution from both under- and over-focused dataset, illustrating the feasibility and new potential of combining VPP with Cs-corrected TEM for high-resolution cryo-EM.

    来源: Structure 浏览次数:0

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