引言2017年，索尔克科学家报告称，在电子显微镜下倾斜冷冻蛋白质样本是一种有效的方法，可以获得关于其结构的更好信息，并帮助研究人员。2017年，索尔克科学家报告说，在电子显微镜下倾斜冷冻蛋白质样本是一种有效的方法，可以获得关于其结构的更好信息，并帮助研究人员了解从艾滋病毒到癌症的各种疾病。现在，他们开发了一个数学框架，这是这些初步观察的基础。
他们的新研究发表在2019年9月13日的《生物物理学与分子生物学进展》上，为定量确定视角的差异如何影响蛋白质的三维结构提供了基础，并可以帮助其他研究人员确定最佳的实验设置，以改善名为cryo-EM的成像技术。
Salk的遗传学助理教授兼论文的共同作者Dmitry Lyumkis说：“这提供了一个定量的理解，为什么视角的改变会影响蛋白质的三维结构的质量，以及我们可以在哪里做得更好来改善数据。”新工作。“这些类型的理论框架对于准确理解成像实验相关缺陷导致的信息衰减非常重要，这将使我们能够最终从冻结的电磁数据中获得更好的结构。”
在cryo-EM或低温电子显微镜中，蛋白质在受到电子轰击之前会快速冷冻成其自然形式。研究人员可以通过检测电子撞击样品时的散射模式来确定蛋白质或蛋白质复合物的分子结构。与其他成像方法相比，科学家为冷冻电镜制备蛋白质要容易得多，这项技术有可能解决结构生物学中更广泛的问题。然而，冷冻电镜长期存在的一个问题是，蛋白质往往会粘附在待制备样品网格的顶部或底部。这些选择的方向意味着研究人员不能总是从所有角度看到蛋白质的结构。Lyumkis和他的同事在2017年发现了倾斜的样本，这有助于解决这个问题。
Lyumkis说，“我们定性地知道，倾斜在某些情况下可以改善数据。”“我们不知道的是，视角的改变在多大程度上影响了结构。”
最近，Salk的高级研究员Philip Baldwin和这篇论文的合著者正在研究一组从不同角度收集的冷冻EM数据，当时他注意到这种变化影响了获得的蛋白质结构的整体分辨率。经过一番计算，他意识到视角与分辨率的相关性可以推广到所有低温电磁实验。
新公式使研究人员能够计算出任何蛋白质在任何倾斜角度下的采样补偿因子或SCF值。SCF值越接近1，蛋白质的结构越完整。如果SCF是0.5而不是1，可能是数据不完整，或者研究人员要收集两倍的数据才能得到同样的结构分辨率。通过在实验前计算SCF值，科学家可以优化其倾斜角度和数据收集时间。
新的定量公式还有助于Lyumkis和Baldwin计算一些冻结电磁数据集的不完全性。以前他们可能要关注一组数据，猜测这是蛋白质结构的好坏近似值。现在，SCF可以用数字告诉他们。
鲍德温说：“很方便。”“从根本上说，这个公式可以告诉你蛋白质中是否存在非常糟糕的区域，你没有从这些区域收集数据。”
Lyumkis和Baldwin希望使用这个公式来评估cryo-EM的结果(涉及一个简单的计算或一段代码)将成为标准，并有助于指导cryo-EM的实验和新方法。这将导致基础生物学和药物开发的更快发现。
这项工作反映了索尔克研究所和其他地方将计算方法融入生物学研究的趋势。
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