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Macromoleculares Cristalografía de rayos x (MX) es, de lejos, el método más utilizado para aumentar la comprensión de la resolución atómica en las estructuras tridimensionales de macromoléculas biológicas. Sin embargo, un cuello de botella importante es el requisito para cristales relativamente grandes, bien diffracting.
A menudo y particularmente cuando la cristalización de proteínas de la membrana, pueden obtenerse sólo muy pequeños cristales de pocos micrones en la dimensión más grande. Daño de la radiación efectos límite la resolución de datos de difracción completos se puede recoger de un solo cristal micro2y muy a menudo, es necesario mejorar la relación señal a ruido y por lo tanto, datos de resolución, por la fusión de varios conjuntos de datos de difracción parcial de cristales diferentes, pero isomorfos. Los aumentos en densidad del flujo de haces de rayos x en las fuentes del sincrotrón y en otros lugares (por ejemplo, electrones libres de rayos x láser (X-FELs)), han significado que los conjuntos de datos útiles difracción parcial se pueden recoger en incluso pequeños cristales de biológico macromoléculas. Esto, alternadamente, ha conducido al desarrollo de nuevas técnicas para la colección y fusión parcial de la difracción conjuntos de datos recogidos de diferentes cristales para producir un conjunto completo de datos para la solución de la estructura. Estas técnicas se refieren comúnmente como serial Cristalografía (SX)3,4,5,6,7,8. Un ejemplo prototípico de SX es el uso de dispositivos de inyector para introducir una corriente estrecha de una mezcla de cristal en el haz de rayos x3,4,5. Un patrón de difracción se registra cada vez que un cristal está expuesto a los rayos x hacia la colección, de muchos miles de cristales individuales de 'todavía' imágenes de la difracción, información que luego se fusiona para producir un conjunto completo de datos. Sin embargo, una desventaja considerable de este tipo de colección de datos en serie es que el procesamiento de imágenes puede ser problemático. La calidad de los datos es mejorada considerablemente si cristales pueden rotar varias imágenes de la difracción son recogidos desde el mismo cristal durante experimentos de Cristalografía serie6.
MeshAndCollect1 fue desarrollado con el objetivo de combinar SX con recopilación de datos de rotación de MX 'estándar' y permite, de manera automática, experimentadores recopilar conjuntos de datos de difracción parcial de numerosos cristales de la misma meta macromolecular montado sobre el mismo o distintos portamuestras. Un conjunto de datos de difracción completa entonces se obtiene por la fusión de la más isomórfica de los conjuntos de datos parciales recolectados. MeshAndCollect es compatible con cualquier línea de rayos x de sincrotrón de vanguardia para MX (idealmente una instalación de dispositivo de inserción con un relativamente pequeño (20 μm o menos) viga de tamaño en la posición de la muestra). Además de la recopilación de datos completos de una serie de pequeños cristales bien diffracting, el método también es muy adecuado para la evaluación experimental inicial de la calidad de la difracción de micro cristales y para el procesamiento de muestras opacas, por ejemplo, en meso crecido microcristales de proteínas de membrana9.
En el comienzo de un experimento de MeshAndCollect, las posiciones, en dos dimensiones, de cada uno de cristal muchos contenidos en un solo portamuestras se determinan usando una exploración de rayos x de dosis baja. Las imágenes de difracción recogidas durante esta exploración son analizadas automáticamente por el programa DOZOR1, que ordena las posiciones de los cristales en el sostenedor de la muestra según su fuerza de difracción correspondientes. Posiciones para la recolección parciales de conjuntos de datos se asignan automáticamente según un corte de la fuerza de difracción y, en el último paso, pequeñas cuñas de los datos de difracción, típicamente ±5 ° de rotación, se recogen de cada posición elegida. La experiencia ha demostrado que esta gama de rotación proporciona una cantidad suficiente de reflexiones por cristal para el conjunto de datos parcial escalado propósitos, mientras que al mismo tiempo, reducir problemas centrado cristal posible y la posibilidad de exponer múltiples cristales en una especialmente concurrida de apoyo1. Las cuñas de los datos de difracción individual (conjuntos de datos parciales) son entonces procesados ya sea manualmente o utilizando el tratamiento automatizado de datos de las tuberías10,11,12,13. Para la determinación de la estructura aguas abajo entonces es necesario encontrar la mejor combinación parciales de conjuntos de datos para ser combinado14,15,16 después de que el conjunto de datos completo resultante pueden ser tratado de la misma manera como se origina de un solo cristal del experimento.
Como ejemplo de MeshAndCollect en la práctica, aquí os presentamos la solución de la estructura cristalina de la proteína fluorescente ciánica (PPC) cerúleo, utilizando un conjunto de datos de difracción de la combinación parciales de conjuntos de datos recogidos de una serie de microcristales montan sobre el mismo soporte de la muestra. Cerúleo se ha diseñado de la proteína fluorescente verde (GFP) de las medusas Aequorea victoria17, cuyo cromóforo fluorescente está formado autocatalytically de la cyclisation de tres residuos de aminoácidos consecutivos. Cerúleo es obtenido de GFP por mutando respectivamente el primeros y segundo residuos del cromóforo, una serina y una tirosina, treonina (S65T) y triptófano (Y66W) y adaptar el entorno del cromóforo con más mutaciones (Y145A, N146I, H148D, M153T y V163A) para producir un nivel de fluorescencia significativo, pero subóptimo de QY = 0,4918,19,20. Se han propuesto las propiedades fluorescentes subóptimas de Cerulean para vincularse a la dinámica de proteínas complejas que implican la estabilización imperfecta de uno de los once β-filamentos de la proteína21 y a la comodidad de dos diferentes cromóforo isómeros dependiendo del pH y la irradiación condiciones22. Elegimos trabajar con cerúleo como una proteína modelo que ilustra el uso del Protocolo de MeshAndCollect debido a la relativamente facilidad de ajuste de tamaño de los cristales según la cristalización. La estructura del cerúleo es muy similar a que de la proteína GFP de padres, tal como está constituida de un β-barril formado por once β-filamentos que rodean una α-hélice, que lleva el cromóforo.