今日Nature：晶体多晶型选择的分子成核机理与控制策略

【引言】

许多人类疾病与蛋白质凝聚的形成有关，如眼睛白内障、肌萎缩侧索硬化症、镰状细胞贫血症和阿尔茨海默病。然而，浓缩的蛋白质相有它们的用途：作为晶体，它们被结构生物学家用来阐明蛋白质结构，或者用作药物应用的递送载体。晶体的物理化学性质在相同大分子的不同形式或结构（“多晶型物”）之间有着显著变化，并且决定了其在科学或工业环境中的可用性。为了掌控新兴多晶型物，需要熟知导致各种宏观状态的通路和控制通路选择机制的分子水平。

【成果简介】

北京时间2018年4月5日，Nature在线发表比利时结构生物学研究中心Mike Sleutel和格勒诺布尔阿尔卑斯大学Alexander E. S. Van Driessche（共同通讯作者）等人题为“Molecular nucleation mechanisms and control strategies for crystal polymorph selection”的文章，研究者使用时间分辨低温透射电子显微镜来对蛋白质葡萄糖异构酶晶体的成核进行成像，并在分子分辨率下揭示导致两种结晶状态和一种凝胶状态的成核途径。团队展示了在结构形成最初阶段发生的多态性选择，以及基于每个空间组的特定构件块。此外，研究通过定点诱变选择性地形成所需的多晶型物，特别是调整分子间键合或凝胶接种来展示对系统的控制。由于未将亚稳态致密液体确定为晶态的前体，研究成果与当前蛋白质成核的图片不同。相反，研究观察到已经表现出一定程度的结晶度的亚临界团簇之间的定向连接驱动的成核事件。这些见解表明了控制大分子相变的方法，有助于开发基于蛋白质的药物递送系统和大分子晶体学。

【图文导读】

图1. 由硫酸铵诱导的葡萄糖异构酶的预成核组装体

图2. 混合葡萄糖异构酶和硫酸铵15-30分钟后，出现多面棱柱形和菱形纳米晶体

图3. PEG诱导的葡萄糖异构酶结晶的Cryo-TEM成像

图4. 晶格接触分析两个空间组的葡萄糖异构酶

图5. 凝胶介导的P2₁2₁2晶体成核

图6. 葡萄糖异构酶结晶模型

文献链接：Molecular nucleation mechanisms and control strategies for crystal polymorph selection（Nature，2018，doi:10.1038/nature25971）

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