利用冷凍電鏡獲得生物大分子復合體全原子模型

　　美國《國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Science, USA）1月10日在線發表了中國科學院生物物理研究所朱平研究組程凌鵬副研究員等人的研究論文——Atomic model of a cypovirus built from cryo-EM structure provides insight into the mechanism of mRNA capping。該研究由生物物理所生物大分子國家重點實驗室朱平研究組和孫飛研究組、華南農業大學孫京臣副教授和中山大學張景強教授等合作完成。其中，朱平研究組程凌鵬副研究員完成了冷凍電鏡成像和結構解析等工作，黃曉星助理研究員協助完成了病毒純化工作，孫飛研究組研究生張凱協助完成了原子模型構建工作，生物成像中心電子顯微鏡平臺高級工程師季剛博士提供了電鏡成像技術支持。

　　中國科學院生物物理研究所在中國科學院蛋白質科學研究平臺二期建設當中重點發展了生物大分子冷凍電鏡三維重構研究平臺，已經建成了具有世界先進水平的生物成像技術實驗室，擁有目前最先進的300千伏Titan Krios場發射冷凍透射電子顯微鏡。最新研究正是利用生物成像技術實驗室2010年4月調試成功的冷凍電鏡平臺，用單顆粒圖像處理技術獲得了呼腸孤病毒科的質型多角體病毒近原子分辨率的三維結構（3.9埃），并獨立構建了全原子模型。

　　這是我國首次利用冷凍電鏡技術解析的生物大分子原子結構模型，也是世界上首次利用冷凍電鏡的CCD圖像獲得的生物大分子復合體的全原子模型。該研究確認了呼腸孤病毒mRNA的流出通道，定位了呼腸孤病毒科質型多角體病毒的兩個甲基轉移酶（7-N-methyltransferase 和 2’-O-methyltransferase），并揭示了該流出通道是如何引導mRNA依次經過這兩個甲基轉移酶以完成“加帽”（Capping）過程的。該發現對研究dsRNA病毒的mRNA加帽（Capping）機制有重要意義。

　　這項成果表明，我國獨立開展的生物大分子冷凍電鏡高分辨率研究工作達到了該領域的先進水平。該研究成果和2010年10月孫飛研究組以封面形式發表于Structure的分子伴侶素結構等系列成果表明：中國科學院蛋白質科學研究平臺生物成像技術實驗室的成功建立，為進一步開展冷凍電子顯微前沿研究奠定了堅實的基礎。

　　本工作得到基金委國家自然科學基金、科技部國家重點基礎研究973計劃、以及中國科學院百人計劃等項目資助。論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2011/01/05/1014995108。　　

　　質多角體病毒CPV的冷凍電鏡圖像（左上）和質型多角體病毒衣殼三維重構（中）。重構結果中彩色部分為組成該病毒的最基本的非對稱結構單元。右圖展示該非對稱單元的放大圖（右上）以及構建的原子模型（右下）。左下圖展示的是部分氨基酸的三維重構電子密度圖以及構建的原子模型，可以很清楚地看見氨基酸側鏈。