1. 提高难结晶样品结构解析的成功率
2. 显著提高小分子共晶到靶标蛋白中的成功率
3. 提高研发迭代效率
4. 降低蛋白消耗量
以下分别具体举例说明MicroED的技术优势：
优势一：提高难结晶样品结构解析的成功率 ， 解析出XRD无法解析的结构
案例一：HIV-1蛋白酶与制剂的结构
在HIV病毒成熟期间 ， HIV-1蛋白酶会切割Gag蛋白 ， 从而组装出成熟的HIV病毒 。 因此 ， 潜在的治疗策略是阻断Gag与HIV-1蛋白酶的相互作用 。 小分子抑制剂bevirimat就是设计用来抑制HIV-1蛋白酶的的活性的 ， 但由于足够尺寸的晶体样品获取困难 ， 用X射线晶体学的方法不能解析HIV-1-Gag-bevirimat的共晶结构 。 最终通过MicroED解析了HIV-1-Gag-bevirimat共晶的结构 。 该结构揭示了bevirimat和蛋白之间的静电和疏水相互作用 ， 为基于结构的药物设计和开发出更有效的抑制剂供了基础 。
用MicroED技术解析的HIV-1-Gag-bevirimat结构[1
案例二：MicroED解析膜蛋白结构
膜蛋白的结构解析一直是困扰学术界的难题 ， Lipidic cubic phases (LCP)技术能够帮助膜蛋白进行结晶 ， 因此极大的促进了膜蛋白晶体学的发展 。 但用LCP技术长膜蛋白晶体往往长出的是微晶 ， 晶体尺寸达不到XRD收集的要求 ， 却十分适合MicroED技术 。 下图便是MicroED技术解析的GPCR蛋白A2AR 。 A2AR是一种重要的潜在药物靶标 ， 研究表明 ， 其与肿瘤、帕金森病、药物成瘾和精神疾病等有重要关系 。
用MicroED技术解析的膜蛋白A2AR结构[2
案例三：MicroED测定多肽的结构
多肽具有重要的生物学功能 ， 解析多肽的结构对于理解多肽的生理机制具有重要的作用 ， 但是有的多肽结构用X射线晶体学并不能解析 。 例如 ， tau蛋白聚合与多种神经系统疾病有关(包括阿尔茨海默氏病） 。 tau蛋白的VQIINK区段驱动大脑淀粉样蛋白纤丝的聚集和形成 ， 因此对该区段的抑制可能可以阻止疾病的进展 。 研究人员试图长出这个区段的大晶体 ， 但是都只能拿到微晶 ， 因此不能通过X射线的方法解析这一区段的晶体结构 。 最终 ， 采用MicroED技术解析了KVQIINKKLD区段1.1 ?分辨率结构 。 基于解析的结构 ， 研究人员设计了一系列的抑制剂并且找到了具有很好抑制效果的抑制剂 ， 如下图所示 。
根据VQIINK结构设计的抑制剂效果显著
优势二：显著提高获得共晶结构的成功率
对于共晶结构的获得常用的办法是通过浸泡Soaking来实现 。 由于通过X射线晶体学来进行结构解析 ， 需要蛋白晶体的尺寸足够大 ， 小分子浸泡的过程中往往导致大尺寸的蛋白单晶碎裂 ， 最终晶体质量下降而不能得到共晶结构 。 对比之下 ， MicroED只需要100纳米的蛋白晶体 ， 小分子浸泡后破碎的几率大大降低 ， 并且提高小分子的空间占有率 。 因此 ， MicroED能够显著提高浸泡成功率和共晶结构解析的成功率 。
研究人员以往蛋白酶K的4个结合口袋浸泡I3C小分子为例比较了MicroED和X-ray射线晶体学在获得蛋白质小分子共晶方面的差异 。 结果表明 ， 由于MicroED采用的是纳米级微晶 ， 小分子扩散到蛋白口袋中的效率非常高效 ， 4个结合口袋中小分子的占有率都比X射线解析的结构好 ， 如图7所示 。 因此 ， 往MicroED技术所用微小晶体中浸泡小分子的效果明显好于往X射线晶体学所用的大尺寸晶体 。 这将极大的加快FBDD、CADD和AI药物研发进程 。
XRD和MicroED用蛋白结合口袋中小分子密度占有率比较
优势三：提高研发迭代效率
（1）XRD需要尺寸大的完美晶体 。 很多时候 ， 难以得到大晶体 ， 或者得到大尺寸晶体但其中缺陷很多 ， 需要多轮的尝试优化 ， 才能提高晶体质量 。 而MicroED所需纳米晶体 ， 易于获取 ， 并往往缺陷更少 ， 质量更高 ， 因此无需大量优化的时间 。
（2）实验室MicroED设备 vs 稀缺同步辐射的机时 。 MicroED设备能够在实验室部署 ， 在拿到样品后 ， 最快当天进行测试 。 而同步辐射装置属于国家大型基础科学设备 ， 数周或者数月才能有一次机时 。 因此 ， 常常是制备好待测试的样品后 ， 但是需要等很长时间的机时 。
优势四：降低蛋白消耗量
用传统XRD进行蛋白结构解析时 ， 需要进行少则数百次 ， 多则数千次结晶筛选 ， 因此蛋白消耗量很大 。 对于一些表达量低的蛋白 ， 蛋白生产成本不可忽视 。 而在利用MicroED在进行结构生物学研究时 ， 由于晶体尺寸要求低、完美度要求低、浸泡成功率高的优势 ， 所需要进行结晶筛选的次数显著减少 ， 因此也降低重组蛋白的消耗量 。
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