2021年2月26日
本文介绍了在Diamond光源I24线站进行序列同步辐射晶体学实验的固定靶样品制备、数据收集和数据处理的综合指南。
同步辐射序列晶体学(Serial Synchrotron Crystallography,简称 SSX)是 MX 领域中一个相对较新且快速发展的方向。它非常适合低剂量和常温实验,但更重要的是,它非常适用于追踪蛋白质的动态过程,从而能够制作出蛋白质运作过程的“定格动画”电影。在 I24 线站,提供了多种 SSX 实验模式。
本方案聚焦于固定靶SSX技术,该技术可在样品量有限的情况下进行多种连续实验。在加载和清洗硅芯片时,若操作者不熟悉相关流程,则可能造成芯片损伤。此外,芯片对准方案对许多晶体学家而言是全新的,且数据处理方法与标准的旋转数据略有不同。
为制备芯片支架,将两张聚酯薄膜裁剪成约6厘米×6厘米的正方形,分别覆盖在两个底板上。使用金属密封环将薄膜固定,然后小心拉紧多余的薄膜以去除任何褶皱。接下来,根据待分析晶体的尺寸,选择具有合适孔径的硅芯片。
在0.39毫巴气压下,以15毫安电流对芯片进行25秒辉光放电。使用镊子将硅芯片放置在芯片装载台上,使凸起的条状结构朝下。然后,用移液器将200微升微晶悬液加到芯片的平整面,均匀铺展悬液以覆盖芯片上所有微区。
如果芯片受损,需用一小片聚酯薄膜覆盖任何孔洞,以确保能够施加均匀的真空。然后施加轻柔的真空以通过芯片抽吸去除所有多余的液体。将芯片从芯片加载台上取下,并用滤纸小心吸干芯片底部的多余液体。
将已加载的芯片放置在芯片架较大一半的导引标记之间,平整面朝下。将芯片架较小的一半盖在芯片上以密封。芯片架的两部分应卡扣到位。
然后,使用六角螺栓将芯片牢固固定。为对准芯片,应在接近安装位置时将芯片 holder 保持在 30 度角。接着使用运动学安装座将装载好的芯片放置到光束线的 XYZ 平台上。
当磁铁接触时,使芯片架旋转至与流道平行,并卡入到位。芯片放置完毕后,使用光束线在线观察系统和芯片对准图形用户界面,定位芯片的左上角基准点。为在X、Y和Z方向上将基准点0居中,需通过调焦前后移动以对准Z方向,上下移动以对准Y方向,左右移动以对准X方向。然后单击“设置基准点0”。以相同方式对准基准点1和基准点2与X射线束后,单击“生成坐标系”以建立坐标矩阵。
然后单击“Block Check”以将XYZ载物台移动到每个城市区块的第一个孔。如果X射线十字线与孔径对齐,则表示芯片已对准。在此DIALS的光斑识别结果的图形表示中,可以观察到实时更新的命中率曲线图。
如果点击命中结果,相应的衍射图像将在DIALS图像查看器中显示。在此表格中,可以实时可视化当前的指标化和积分率,这些数据在访问期间随着数据采集而实时更新。晶胞参数的可视化有助于揭示多晶型现象。
还可以生成有用参数的二维图,以揭示由于上样或脱水效应引起的变化。施密特投影可以揭示是否存在择优取向,这些信息可反馈到上样方案中。例如,在此投影图中,可以观察到在芯片上过量加载溶菌酶晶体所产生的效应。
加载芯片时,应缓慢使用移液器,并用手指将移液器悬停在芯片上方。这样可以避免触碰芯片,防止意外刺穿硅片。处理数据时,应利用现有的自动化分析流程。
这将使您清楚了解实验的进展情况,并判断是否需要调整某些条件。该方法可应用于任何能够以较大量结晶的蛋白质体系。反应可通过光照、X射线或快速混合来触发。
对一系列结构进行动态研究可以揭示蛋白质的功能机制。
本文提供了在 Diamond 光束线 I24 上进行序列同步辐射晶体学实验的固定靶样品制备、数据收集和数据处理的全面指南。重点介绍了在样品量有限的情况下开展实验的方法,同时确保芯片的完整性。
固定靶标同步辐射序列晶体学使结构生物学家能够利用有限的样品量对蛋白质进行动态研究,并通过高分辨率的结构信息支持靶点验证。该方法在保持数据质量的同时减少了样品消耗,对于蛋白质表达与纯化仍是瓶颈的早期发现阶段尤为关键。通过实现常温和时间分辨实验,该技术增强了对蛋白质功能机制的理解,为临床前开发中的先导化合物优化和降低风险工作提供了重要依据。
固定靶点SSX在靶点识别和检测方法开发完成后融入发现工作流程,提供指导先导化合物识别和临床前验证的结构信息。它通过快速提供关于化合物结合和蛋白质动态的结构反馈,支持设计-合成-测试-分析的迭代循环。