国家蛋白质科学研究(北京)设施清华基地
清华大学蛋白质研究技术中心
国家蛋白质科学研究(北京)设施是由国家发改委批准,国家发改委、总后勤部、教育部和北京市政府共同投资,由军事医学科学院、清华大学、北京大学等单位共同建设的一项国家重大科学基础设施;其中,以电镜为主的复合结构蛋白质组解析系统及功能蛋白质组研究系统的部分设施由清华大学负责实施,主要由冷冻电子显微学分系统、X-射线晶体学/核磁分系统、辅助功能及配套支撑分系统三部分构成。

在清华基地设施建设基础上,成立“清华大学蛋白质研究技术中心”(简称蛋白质中心)。该中心归属学校实验室与设备处业务领导、挂靠生命科学与医学研究院,作为国家级蛋白质科学研究平台和清华大学校级科研与公共服务平台并行及管理,设蛋白质冷冻电镜平台、细胞冷冻电镜平台、生物计算平台、X射线晶体学平台、蛋白质纯化鉴定及制备平台、核磁技术平台、细胞影像及功能分析平台、蛋白质组学与代谢组学平台、基因合成及测序平台等9个平台。

蛋白质中心专家指导委员会根据学科发展需要负责制定清华基地发展规划咨询及论证、编制清华基地实施方案、审定技术服务项目及内容、审议服务项目的收费标准等,专家指导委员会不直接参与管理及对外服务;蛋白质中心主任负责日常工作与全面管理;各平台技术主管负责本平台的设备设施运行、开放服务与技术培训及研发;专职研究人员、工程师、技术员,在平台主管的指导下负责仪器设备的使用与维护,开展技术科研及对外服务活动。

冷冻电子显微学系统是蛋白质中心的核心设施,目前冷冻电镜平台已经配备了3台世界上最先进的FEI Titan Krios 300KV场发射冷冻透射电子显微镜,配置单电子计数探测器(即K2相机)可将蛋白结构解析到近原子分辨率级别。X-射线晶体学系统具有全国最全面的蛋白质结晶所需的设备以及国际上顶尖配置的大分子单晶衍射仪和小角散射,这些设备可以为从事蛋白质结构研究的科研人员提供蛋白晶体筛选制备、衍射数据收集、蛋白质结构解析等方面的强大技术支持。辅助功能及配套支撑分系统拥有世界领先水平的高性能计算机集群、高分辨液质联用系统、超高分辨光学显微镜、流式细胞分选仪、最新版本的高通量测序仪等,为蛋白质的鉴定、结构及相关功能研究提供了尖端的技术支持。

依托先进的科研设施,清华大学做出了诸多具有国际影响力的工作,在世界顶尖学术期刊《自然》、《科学》和《细胞》上以通讯作者的身份发表多篇高水平研究论文。

(一)2015年7月29日,清华大学高宁研究组和香港科技大学戴碧瓘教授研究组共同在《自然》期刊上以长文形式在线发表了题为《真核生物DNA复制解旋酶MCM复合物的3.8埃分辨率结构》的研究论文,首次报道了真核生物DNA复制起始与延伸过程中DNA解旋酶核心组分MCM2-7复合物的3.8 Å高分辨率冷冻电镜结构,并以此为基础对DNA复制起始时MCM2-7复合物的作用机理进行了分析。该论文是国家蛋白质科学研究(北京)设施清华基地建立以来,完全利用此平台进行数据收集及处理而发表的首篇世界顶级期刊科研论文。《自然》期刊同期刊发了“News & Views”评论文章重点推荐介绍了这项工作。

(二)2015年8月21日,清华大学生命科学学院施一公教授研究组在国际顶级期刊《科学》同时在线发表了两篇背靠背研究长文,题目分别为“3.6埃的酵母剪接体结构”和“前体信使RNA剪接的结构基础”。第一篇文章报道了通过单颗粒冷冻电子显微技术(冷冻电镜)解析的酵母剪接体近原子分辨率的三维结构,第二篇文章在此结构的基础上进行了详细分析,阐述了剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理。这一研究成果具有极为重大的意义。自上世纪70年代后期RNA剪接的发现以来,科学家们一直在步履维艰地探索其中的分子奥秘,期待早日揭示这个复杂过程的分子机理。施一公院士研究组对剪接体近原子分辨率结构的解析,不仅初步解答了这一基础生命科学领域长期以来备受关注的核心问题,又为进一步揭示与剪接体相关疾病的发病机理提供了结构基础和理论指导。

(三)2015年9月21日,清华大学生命学院杨茂君教授,高宁研究员和医学院肖百龙研究员研究组合作在《自然》(Nature)期刊上以长文形式在线发表了题为《哺乳动物机械敏感Piezo1离子通道的结构》的研究论文,首次报道了哺乳动物机械力敏感离子通道Piezo蛋白的高分辨率冷冻电镜结构,并以此为基础对Piezo蛋白的作用机理进行了分析。Piezo1结构不仅完美的解释了以往的细胞、生化研究数据,而且还纠正了以往研究中对Piezo蛋白的错误认识。在以往的研究中Piezo1蛋白被认为可能是以同源四聚体形式发挥离子通道功能,而该项研究的生化及结构证明,Piezo1蛋白主要是形成类似于螺旋桨一样的同源三聚体。

(四)2015年10月8日,清华大学生命科学学院柴继杰教授研究组和隋森芳院士研究组合作在国际顶尖期刊《科学》(Science)在线发表了题为 《NLRC4蛋白诱导自激活机制的结构和生化基础》的研究长文(Research Article), 报道了通过单颗粒冷冻电子显微技术(冷冻电镜)解析的小鼠PrgJ-NAIP2-NLRC4ΔCARD复合物(炎症小体)分辨率为6.6埃的三维结构,并通过大量的生化和结构研究揭示了NAIP-NLRC4炎症小体中NLRC4蛋白诱导自激活的分子机制。

蛋白质中心旨在建立标准化、自动化的工程技术手段,以提升蛋白质结构解析水平,高精度地测定从蛋白质分子到全细胞的三维结构,并在此基础上揭示蛋白质及其复合体的功能、规模化制备蛋白/抗体,建成具有国际一流水平和综合示范作用的蛋白质科学研究的核心基地。