冷凍電鏡橫空出世，2019年清華大學獨自發表16篇CNS

　　冷凍電鏡，是用于掃描電鏡的超低溫冷凍制樣及傳輸技術(Cryo-SEM)，可實現直接觀察液體、半液體及對電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。冷凍電鏡興起于2013年，在2017年10月4日，瑞典皇家科學院宣布2017年度諾貝爾化學獎授予對冷凍電鏡技術發展做出原創性貢獻的3位科學家，他們分別是瑞士洛桑大學的退休榮譽教授Jacques Dubochet、美國哥倫比亞大學的Joachim Frank教授和英國劍橋MRC分子生物學實驗室的Richard Henderson教授。

　　現在，冷凍電鏡逐漸被大家熟知，在國內有不少高校引進了整套冷凍電鏡系統(據透露，最近上海科技大學引進了5臺冷凍電鏡)，尤其以清華大學在冷凍電鏡領域走在了全球的最前沿，在2019年（截至2019年8月23日），清華大學以冷凍電鏡為技術，共發表了16篇Cell，Nature 及Science文章：顏寧4篇，施一公3篇，柴繼杰3篇，李雪明2篇，周強1篇，楊茂君1篇等。

　　【1】2019年1月1日，施一公研究組在Nature 在線發表題為“Structural basis of Notch recognition by human γ-secretase”的研究論文，該論文報告人類γ-分泌酶與Notch片段的復合物的冷凍電子顯微鏡結構，分辨率為2.7?。Notch的跨膜螺旋被PS1的三個跨膜結構域包圍，并且Notch片段的羧基末端β-鏈形成β-折疊，其在細胞內側具有兩個底物誘導的PS1的β-鏈。雜合β-折疊的形成對于底物裂解是必需的，其發生在Notch跨膜螺旋的羧基末端。PS1在底物結合后經歷明顯的構象重排。這些特征揭示了Notch識別的結構基礎，并且對γ-分泌酶對淀粉樣蛋白前體蛋白的募集具有意義；

　　【2】2019年1月11日，清華大學施一公團隊在Science在線發表題為“Recognition of the amyloid precursor protein by human γ-secretase”的研究論文，該論文報告了人類γ-分泌酶與跨膜APP片段的復合物的冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結構，分辨率達到2.6?。 該結構用作發現γ-分泌酶的底物特異性抑制劑和理解γ-分泌酶的生物學功能以及AD的疾病機制的重要框架；

　　【3/4】2019年2月15日，原清華大學顏寧團隊Science 背靠背同期發表2篇論文，發表發表題為“Structures of human Nav1.7 channel in complex with auxiliary subunits and animal toxins”及“Molecular basis for pore blockade of human Na+ channel Nav1.2 by the μ-conotoxin KIIIA”，共同闡述離子通道結構；

　　【5】2019年3月13日，西湖大學周強團隊（第一單位清華大學）在Nature在線發表題為“Structure of the human LAT1–4F2hc heteromeric amino acid transporter complex”的研究論文，該研究闡明了LAT1-4F2hc復合體的結構，并提供了對其功能及其可能與疾病相關的機制的見解；

　　【6】2019年3月13日，清華大學陳柱成/李雪明及中科院物理所李明共同通訊在Nature在線發表題為的"Mechanism of DNA translocation underlying chromatin remodelling by Snf2"的研究論文，該研究解析了不同核苷酸狀態下Snf2-核小體復合物的冷凍電鏡結構，揭示了染色質重塑的機理；

　　【7】】2019年3月14日，施一公研究組在Cell 在線發表題為“Structures of the Catalytically Activated Yeast Spliceosome Reveal the Mechanism of Branching”的研究論文，該研究得到了釀酒酵母的兩種不同前mRNA上組裝了B *復合物，并確定了四種不同B *復合物的冷凍EM結構，總分辨率為2.9-3.8?。 U2核小RNA（snRNA）和分支點序列（BPS）之間的雙鏈離散地遠離5個B *復合物中的5'-剪接位點（5'SS），其缺乏步驟I剪接因子Yju2和Cwc25。將Yju2募集到活性位點使U2 / BPS雙鏈體進入5'SS附近，BPS親核試劑位于距催化金屬M24?處。該分析揭示了Yju2和Cwc25在分支中的功能機制。 不同前mRNA上的這些結構揭示了在主要功能狀態下剪接體的底物特異性構象。 這些構象狀態的比較揭示了對支化反應的機理見解；

　　【8】2019年6月14號，清華大學生命科學學院楊茂君Science雜志發表題為“Cryo-EM structure of the mammalian ATP synthase tetramer bound with inhibitory protein IF1”的研究論文，通過高性能冷凍電鏡技術，解析了分子量高達280萬道爾頓的哺乳動物ATP合酶四聚體6.2埃的結構，以及完整的（19種亞基）、兩種狀態的ATP合酶單體3.34埃和3.45埃結構；

　　【9】2019年5月30日，顏寧（清華大學為第一通訊單位）及吳建平共同通訊在Cell 在線發表題為“Molecular Basis for Ligand Modulation of a Mammalian Voltage-Gated Ca2+ Channel”的研究論文，該研究報告了Cav1.1與拮抗藥物硝苯地平，地爾硫卓和維拉帕米的復合物的冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結構，分辨率分別為2.9?，3.0?和2.7?；Cav1.1與DHP激動劑Bay K 8644復合物的冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結構，分辨率為2.8?；

　　【10】清華大學Liu Xiangyu及斯坦福大學Brian K. Kobilka共同通訊在Cell 發表題為“Structural Insights into the Process of GPCR-G Protein Complex Formation”的研究論文，該研究提出了與Gαs的羧基末端14個氨基酸復合的β2AR結構以及GDP結合的Gs異源三聚體的結構。這些結構為β2AR和Gs之間的交替相互作用提供了證據，同時提出β2AR的活性結構僅由GsCT的14個氨基酸穩定。該結構可以代表無核苷酸的β2AR-Gs復合物形成中的構象中間體，并揭示G蛋白活化的動態過程（點擊閱讀）；

　　【11/12】2019年4月4日，清華大學柴繼杰課題組、中科院遺傳發育所周儉民課題組和清華大學王宏偉課題聯合同期背靠背發表兩篇重量級Science文章，完成了植物NLR蛋白復合物的組裝、結構和功能分析，揭示了NLR作用的關鍵分子機制，是植物免疫研究的里程碑事件。兩篇文章分別是： "Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”的研究論文。該研究通過重建了擬南芥中NLB蛋白ZAR1-RKS1和ZAR1-RKS1-PBL2UMP復合物，并分別以3.7和4.3?的分辨率確定了它們冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結構，揭示了ZAR1-RKS1識別PBL2UMP和PBL2UMP激活ZAR1的機制，為理解NLR蛋白提供了結構模板！"Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”的研究論文。該研究重建了ZAR1-RKS1-PBL2UMP-dATP活性復合體，證明了其復合體在免疫激活過程中進行寡聚化，并揭示了其激活免疫反應的機制！這兩項研究在植物免疫研究領域取得歷史性的重大突破，填補了人們25年來對植物抗病蛋白認知的巨大空白，將為研究其它抗病蛋白提供范本。Science雜志同期發表評論文章，認為“首個抗病小體的發現，為植物如何控制細胞死亡和免疫提供了線索”“顯著推進了人們對植物免疫機制的認識”“打開了多個開拓性研究方向”；

　　【13】2019年7月5日，原清華大學顏寧（清華大學第一單位）等人Nature 在線發表題為“Modulation of cardiac ryanodine receptor 2 by calmodulin”的研究論文，該研究報道了RyR2的8個冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）結構，它們共同揭示了不同形式CaM的分子識別特征，并提供了對CaM對RyR2通道門控的調節的見解。Apo-CaM和Ca2 + -CaM結合由手柄，螺旋和中心區域形成的細長裂縫中的不同但重疊的位點。RyR2上CaM結合位點的轉變受Ca2 +與CaM結合而不是RyR2的控制。Ca2 + -CaM誘導各個中心結構域的旋轉和域內移位，導致PCB95和Ca2 +激活的通道的孔閉合。相比之下，ATP，咖啡因和Ca2 +激活通道的孔在Ca2 + -CaM存在下保持開放，這表明Ca2 + -CaM是RyR2門控的許多競爭調節劑之一（點擊閱讀）；

　　【14】2019年7月10日，清華大學柴繼杰與東安格利亞大學Cyril Zipfel共同通訊在Nature 在線發表題為“Mechanisms of RALF peptide perception by a heterotypic receptor complex”的研究論文，該研究報道RALF23誘導CrRLK1L FERONIA（FER）和LORELEI（LRE）-LIKE GLYCOSYLPHOSPHATIDYLINOSITOL（GPI）-ACHORED PROTEIN 1（LLG1）之間的復合物以調節免疫信號。該研究工作揭示了GPI錨定蛋白與植物遺傳學上不相關的RK一致的植物肽感知的意外機制，這提供了一個分子框架，通過CrRLK1L RK和GPI錨定 的LRE / LLG家族蛋白質之間的不同異源復合物的感知，提供了一種分子框架來理解RALF多肽如何調節多個過程；

　　【15】2019年8月2日，清華大學隋森芳，中國科學院植物所匡廷云及沈建仁共同通訊在Science 發表題為“The pigment-protein network of a diatom photosystem II–lightharvesting antenna supercomplex”的研究論文，該研究報道了來自中心硅藻-角毛藻（Chaetoceros gracilis）的光系統II（PSII）  -巖藻黃素（Fx）葉綠素（Chl）a / c結合蛋白（FCPII）超復合物的冷凍電子顯微鏡結構。 超復合物包含兩個原體，每個原體在PSII核心周圍具有四個四聚體和六個單體FCPII，其在腔表面含有五種外源氧進化蛋白。該結構揭示了巨大的色素網絡的排列，有助于硅藻中有效的光能收集，轉移和消散過程。該成果是該合作團隊在前期紅藻、綠藻的光合膜蛋白結構與功能研究工作的拓展，為闡明硅藻PSII-FCPII超級復合體中獨特的光能捕獲、傳遞和轉化以及高效的光保護機制提供了重要基礎，為揭示PSII復合體的進化演變提供了重要線索。該成果也為PSII的超快動力學、理論計算和人工模擬光合作用研究提供了新理論依據，同時為后續指導設計新型作物、提高作物的捕光和光保護效率提供了新思路:

　　【16】2019年8月21日，清華大學肖百龍與李雪明共同通訊在Nature在線發表題為“Structure and mechanogating of the mammalian tactile channel PIEZO2”的研究論文，該研究確定了全長2,822殘基小鼠PIEZO2的同源三聚體結構，分辨率為3.6-3.8?，揭示了38個跨膜螺旋的完全分辨的拓撲結構和具有跨膜和胞質收縮位點的完全閉合的孔。PIEZO2與其同源物PIEZO1之間的結構比較表明，跨膜收縮位點可能充當由帽結構域控制的跨膜門。總之，該研究提供了對壓電通道的結構和機械化機制的見解。