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Macromolecular cristalografia de raios x (MX) é, de longe, o método mais utilizado para obter insights sobre resolução atômica as estruturas tridimensionais de macromoléculas biológicas. No entanto, um principais estrangulamentos é a exigência de cristais relativamente grandes, bem diffracting.
Muitas vezes e, em especial quando a cristalização de proteínas de membrana, apenas muito pequenos cristais de alguns mícrons na dimensão maior podem ser obtidos. Danos de radiação efeitos fixado a resolução de um dados de difração completa que pode ser coletado de um único micro cristal2e muitas vezes, é necessário melhorar a relação sinal / ruído e, portanto, dados definir a resolução, mesclando vários conjuntos de dados de difração parcial de cristais diferentes, mas isomórficos. O aumento na densidade de fluxo de feixes de raios-x em fontes síncrotron e em outros lugares (por exemplo, raios-x elétrons livres lasers (X-FELs)), significaram que os conjuntos de dados de difração parcial úteis podem ser coletados de cristais mesmo muito pequenos de biológicas macromoléculas. Isto, por sua vez, levou ao desenvolvimento de novas técnicas para a recolha e fusão parcial difração conjuntos de dados coletados de muitos cristais diferentes a fim de produzir um conjunto de dados completo para solução de estrutura. Tais técnicas são comumente referidas como serial cristalografia (SX)3,4,5,6,7,8. Um exemplo prototípico de SX é o uso de dispositivos de injector de introduzir um riacho estreito de chorume um cristal o feixe de raio-x3,4,5. Um padrão de difração é registrado toda vez que um cristal é exposto a raios-x, levando à coleção, de muitos milhares de cristais individuais, de 'ainda' imagens de difração, informação que é, então, fundiu-se para produzir um conjunto de dados completo. No entanto, uma desvantagem considerável deste tipo de coleta de dados serial é que o processamento de imagens estáticas pode ser problemático. A qualidade de dados é consideravelmente melhorada se cristais podem ser girados e/ou várias imagens de difração são recolhidas a partir do mesmo cristal durante experimentos de cristalografia série6.
MeshAndCollect1 foi desenvolvido com o objetivo de combinar SX com coleta de dados de rotação MX 'padrão' e permite, de forma automática, experimentadores para coletar os conjuntos de dados de difração parcial de numerosos cristais do mesmo destino macromolecular montado sobre os suportes de amostra iguais ou diferentes. Um conjunto de dados de difração completa é então obtido mesclando-se o mais isomórfica os parciais de conjuntos de dados coletados. MeshAndCollect é compatível com qualquer trajetória de raio-x do síncrotron de estado-da-arte para MX (idealmente uma instalação de dispositivo de inserção com um relativamente pequeno (20 µm ou menos) tamanho na posição de amostra do feixe). Além a compilação completas de conjuntos de dados de uma série de cristais pequenos, bem diffracting, o método também é muito apropriado para a avaliação inicial e experimental da qualidade difração de microcristais de e para o processamento de amostras opacas, por exemplo, no meso crescido microcristais de membrana proteínas9.
No início de um experimento de MeshAndCollect, as posições, em duas dimensões, de cada um dos muitos cristal contido em um suporte de amostra única são determinadas usando um exame de raio-x de baixa dose. As imagens de difração coletadas durante esta verificação são automaticamente analisadas pelo programa DOZOR1, que classifica as posições dos cristais no suporte da amostra de acordo com sua força de difração respectivos. Posições para a coleção de conjuntos de dados parciais são atribuídas automaticamente com base em um limite de resistência de difração e, na última etapa, pequenas cunhas de dados de difração, tipicamente de ± 5 ° de rotação, são coletadas de cada posição escolhida. A experiência demonstrou que esta gama de rotação fornece uma quantidade suficiente de reflexões por cristal para conjunto de dados parcial dimensionamento fins, enquanto ao mesmo tempo, reduzindo a centralização questões possíveis de cristal e a oportunidade de expor vários cristais em um particularmente cheio de suporte1. As cunhas de dados individuais de difração (conjuntos de dados parciais) são então processados ou manualmente ou usar o tratamento automatizado de dados gasodutos10,11,12,13. Para determinação da estrutura a jusante é então necessário encontrar a melhor combinação parciais de conjuntos de dados a ser mesclada14,15,16 , após o qual o conjunto de dados completo resultante pode ser tratado da mesma forma como uma proveniente de um experimento de cristal único.
Como um exemplo de MeshAndCollect, na prática, apresentamos aqui a solução da estrutura de cristal de Cerulean a proteína fluorescente ciano (PCP), usando um conjunto de dados de difração construído a partir da combinação parciais de conjuntos de dados coletados de uma série de microcristais montagem sobre o mesmo suporte de amostra. Cerúleo foi projetado da proteína fluorescente verde (GFP), da água-viva Aequorea victoria17, cujo cromóforo fluorescente autocatalytically é formado a partir da ciclização de três resíduos de aminoácidos consecutivos. Cerúleo é obtido a partir de GFP em mutação resíduos de primeiro e segundo o cromóforo, uma serina e uma tirosina, treonina (S65T) e triptofano (Y66W) respectivamente e adaptando o ambiente cromóforo com novas mutações (Y145A, N146I, H148D, M153T e V163A) para produzir um nível de fluorescência significativa, no entanto, de qualidade inferior de QY = 0.4918,19,20. As propriedades fluorescentes suboptimal de Cerulean têm sido propostas para ser ligada à dinâmica de proteína complexa envolvendo a imperfeita estabilização de uma das onze β-costas da proteína21 e para a acomodação de dois diferentes cromóforo isômeros, dependendo do pH e irradiação condições22. Optamos por trabalhar com Cerulean como uma proteína de modelo ilustrando o uso do protocolo de MeshAndCollect devido ao relativamente facilidade de ajuste de tamanho de cristal, dependendo a cristalização. A estrutura de Cerulean é muito semelhante ao que de sua proteína pai GFP, como é constituído de um β-barril formada de onze β-vertentes rodeia uma α-hélice, que ostenta o cromóforo.