王宏偉課題組和北大彭海琳課題組合作在《JACS》上報(bào)道一種功能化單晶石墨烯新型電鏡載網(wǎng)
近日，清華大學(xué)生命學(xué)院王宏偉課題組和北京大學(xué)化學(xué)分子工程學(xué)院彭海琳課題組合作在《Journal of the American Chemical Society》（JACS）上發(fā)表題為“Bioactive functionalized monolayer graphene for high resolution cryo-EM”的學(xué)術(shù)文章。
近年來(lái)，冷凍電子顯微鏡技術(shù)得益于硬件和軟件的技術(shù)革新，發(fā)展迅猛，已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域中不可或缺的技術(shù)手段。然而冷凍電鏡技術(shù)仍然面臨著一些瓶頸，嚴(yán)重限制了該技術(shù)解析生物分子結(jié)構(gòu)的效率。其中一個(gè)重要瓶頸是冷凍樣品的制備。該過(guò)程需要將含有生物大分子的溶液加到電鏡載網(wǎng)上，然后迅速冷凍到液態(tài)乙烷中，將生物大分子瞬間冷凍在一層大約幾十納米厚的玻璃態(tài)冰層中。目前通用的樣品制備支撐膜容易導(dǎo)致生物大分子吸附到氣液界面，從而發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的變性或者優(yōu)勢(shì)取向等問(wèn)題，造成高分辨率結(jié)構(gòu)解析的困難。
王宏偉課題組和北京大學(xué)彭海琳課題組合作，開(kāi)發(fā)利用大單晶石墨烯作為新型生物冷凍電鏡支撐膜，并且對(duì)石墨烯表面進(jìn)行功能化修飾，共價(jià)聯(lián)結(jié)上生物活性配體（如Ni-NTA官能團(tuán)），從而使得石墨烯支撐膜具有對(duì)目標(biāo)蛋白質(zhì)分子的特異親和性，能夠?qū)⒛繕?biāo)生物分子錨定到石墨烯表面。這種功能化石墨烯電鏡支撐膜可以有效地避免生物大分子接觸氣液界面，并且實(shí)現(xiàn)選擇性地結(jié)合目標(biāo)分子，有望簡(jiǎn)化生物樣品冷凍電鏡樣品制備的流程。實(shí)驗(yàn)表明，這種基于功能化石墨烯的新型電鏡樣品支撐膜使得冷凍樣品制備的冰層厚度更加容易控制，從而提高了樣品制備過(guò)程的可重復(fù)性。與傳統(tǒng)的無(wú)定形碳支撐膜相比，單晶石墨烯具有高強(qiáng)度韌度、單原子層、強(qiáng)導(dǎo)電性等特質(zhì)，大大降低了冷凍電鏡成像過(guò)程中的支撐膜所產(chǎn)生的背景噪音，增強(qiáng)信噪比，助力高分辨率的生物大分子結(jié)構(gòu)解析。
功能化修飾石墨烯作為電鏡支撐膜流程示意圖
清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心項(xiàng)目四年級(jí)博士生劉楠、北京大學(xué)化學(xué)分子工程學(xué)院五年級(jí)博士生張金燦和北京市結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心卓越學(xué)者陳亞楠博士是文章的共同第一作者，清華大學(xué)王宏偉教授，陳亞楠博士和北京大學(xué)彭海琳教授是共同通訊作者。該項(xiàng)目獲得科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市科委等的經(jīng)費(fèi)支持。
文章鏈接：Bioactive functionalized monolayer graphene for high resolution cryo-EM.（JACS，2019，DOI：10.1021/jacs.8b13038）
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