2023.12.14

Cryo-EMイメージングにおける課題の克服

marugotoyoten

カリフォルニア工科大学のYoutube動画「Cryo-EMイメージングにおける課題の克服」について要点と要約をまとめました

３つの要点

要点１
Cryo-EMイメージングにおける線量制限は、高エネルギーのイメージング電子によって引き起こされる損傷により、試料の構造が破壊されることによって課されます。
要点２
試料を低温に冷却することで、放射線損傷に対してタンパク質の構造を保存することができ、構造が失われる前により高い線量を使用することができます。
要点３
トモグラフィ、シングルパーティクル解析、2次元結晶学の3つのアプローチが、Cryo-EMイメージングにおける線量制限を克服するために採用されています。研究対象の性質に応じて、異なるアプローチが選択されます。

要約

Cryo-EMイメージングにおける線量制限
Cryo-EMイメージングにおける線量制限は、高エネルギーのイメージング電子が構造に与える損傷によって引き起こされます。この損傷により、試料内の共有結合が破壊され、その構造が破壊されます。小さな分子の放出やガスバブルの形成により、さらなるイメージングが妨げられます。

線量がタンパク質複合体に与える影響
線量がタンパク質複合体に与える影響は、異なる線量でヘモシアニンと呼ばれるタンパク質複合体をイメージングすることによって観察されました。線量が増加すると、タンパク質複合体の構造が劣化し、鮮明さを失い、よりぼやけたものになります。バレル状の構造の層の数など、タンパク質複合体の詳細は、より高い線量では失われます。

低温下での構造保存
試料を液体ヘリウム冷却などの低温に保つことは、放射線損傷に対してタンパク質の構造を保存するのに役立ちます。より低い温度では、タンパク質構造の劣化が遅くなり、構造が失われる前により高い線量を使用することができます。ただし、液体窒素での冷却がイメージングアプリケーションにおいて最適であり、アモルファスな水のさらなる崩壊を引き起こさずにタンパク質の構造を保存します。

Cryo-EMイメージングにおける線量制限の克服
Cryo-EMイメージングにおける線量制限を克服するためには、3つのアプローチが採用されています。トモグラフィでは、単一のユニークなオブジェクトを研究し、異なる方向からの複数の画像を組み合わせて3D再構築を作成します。シングルパーティクル解析では、大量の同一のオブジェクトを精製し、低線量の画像を平均化して高解像度の3D再構築を得ます。2次元結晶学では、大量の同一のオブジェクトを結晶化させ、結晶画像に存在する情報を正確に向き付けて平均化することで、高解像度のタンパク質構造を得ることができます。

▼今回の動画