冷冻电镜横空出世，2019年清华大学独自发表16篇CNS

　　冷冻电镜，是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM)，可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。冷冻电镜兴起于2013年，在2017年10月4日，瑞典皇家科学院宣布2017年度诺贝尔化学奖授予对冷冻电镜技术发展做出原创性贡献的3位科学家，他们分别是瑞士洛桑大学的退休荣誉教授Jacques Dubochet、美国哥伦比亚大学的Joachim Frank教授和英国剑桥MRC分子生物学实验室的Richard Henderson教授。

　　现在，冷冻电镜逐渐被大家熟知，在国内有不少高校引进了整套冷冻电镜系统(据透露，最近上海科技大学引进了5台冷冻电镜)，尤其以清华大学在冷冻电镜领域走在了全球的最前沿，在2019年（截至2019年8月23日），清华大学以冷冻电镜为技术，共发表了16篇Cell，Nature 及Science文章：颜宁4篇，施一公3篇，柴继杰3篇，李雪明2篇，周强1篇，杨茂君1篇等。

　　【1】2019年1月1日，施一公研究组在Nature 在线发表题为“Structural basis of Notch recognition by human γ-secretase”的研究论文，该论文报告人类γ-分泌酶与Notch片段的复合物的冷冻电子显微镜结构，分辨率为2.7Å。Notch的跨膜螺旋被PS1的三个跨膜结构域包围，并且Notch片段的羧基末端β-链形成β-折叠，其在细胞内侧具有两个底物诱导的PS1的β-链。杂合β-折叠的形成对于底物裂解是必需的，其发生在Notch跨膜螺旋的羧基末端。PS1在底物结合后经历明显的构象重排。这些特征揭示了Notch识别的结构基础，并且对γ-分泌酶对淀粉样蛋白前体蛋白的募集具有意义；

　　【2】2019年1月11日，清华大学施一公团队在Science在线发表题为“Recognition of the amyloid precursor protein by human γ-secretase”的研究论文，该论文报告了人类γ-分泌酶与跨膜APP片段的复合物的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，分辨率达到2.6Å。 该结构用作发现γ-分泌酶的底物特异性抑制剂和理解γ-分泌酶的生物学功能以及AD的疾病机制的重要框架；

　　【3/4】2019年2月15日，原清华大学颜宁团队Science 背靠背同期发表2篇论文，发表发表题为“Structures of human Nav1.7 channel in complex with auxiliary subunits and animal toxins”及“Molecular basis for pore blockade of human Na+ channel Nav1.2 by the μ-conotoxin KIIIA”，共同阐述离子通道结构；

　　【5】2019年3月13日，西湖大学周强团队（第一单位清华大学）在Nature在线发表题为“Structure of the human LAT1–4F2hc heteromeric amino acid transporter complex”的研究论文，该研究阐明了LAT1-4F2hc复合体的结构，并提供了对其功能及其可能与疾病相关的机制的见解；

　　【6】2019年3月13日，清华大学陈柱成/李雪明及中科院物理所李明共同通讯在Nature在线发表题为的"Mechanism of DNA translocation underlying chromatin remodelling by Snf2"的研究论文，该研究解析了不同核苷酸状态下Snf2-核小体复合物的冷冻电镜结构，揭示了染色质重塑的机理；

　　【7】】2019年3月14日，施一公研究组在Cell 在线发表题为“Structures of the Catalytically Activated Yeast Spliceosome Reveal the Mechanism of Branching”的研究论文，该研究得到了酿酒酵母的两种不同前mRNA上组装了B *复合物，并确定了四种不同B *复合物的冷冻EM结构，总分辨率为2.9-3.8Å。 U2核小RNA（snRNA）和分支点序列（BPS）之间的双链离散地远离5个B *复合物中的5'-剪接位点（5'SS），其缺乏步骤I剪接因子Yju2和Cwc25。将Yju2募集到活性位点使U2 / BPS双链体进入5'SS附近，BPS亲核试剂位于距催化金属M24Å处。该分析揭示了Yju2和Cwc25在分支中的功能机制。 不同前mRNA上的这些结构揭示了在主要功能状态下剪接体的底物特异性构象。 这些构象状态的比较揭示了对支化反应的机理见解；

　　【8】2019年6月14号，清华大学生命科学学院杨茂君Science杂志发表题为“Cryo-EM structure of the mammalian ATP synthase tetramer bound with inhibitory protein IF1”的研究论文，通过高性能冷冻电镜技术，解析了分子量高达280万道尔顿的哺乳动物ATP合酶四聚体6.2埃的结构，以及完整的（19种亚基）、两种状态的ATP合酶单体3.34埃和3.45埃结构；

　　【9】2019年5月30日，颜宁（清华大学为第一通讯单位）及吴建平共同通讯在Cell 在线发表题为“Molecular Basis for Ligand Modulation of a Mammalian Voltage-Gated Ca2+ Channel”的研究论文，该研究报告了Cav1.1与拮抗药物硝苯地平，地尔硫卓和维拉帕米的复合物的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，分辨率分别为2.9Å，3.0Å和2.7Å；Cav1.1与DHP激动剂Bay K 8644复合物的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，分辨率为2.8Å；

　　【10】清华大学Liu Xiangyu及斯坦福大学Brian K. Kobilka共同通讯在Cell 发表题为“Structural Insights into the Process of GPCR-G Protein Complex Formation”的研究论文，该研究提出了与Gαs的羧基末端14个氨基酸复合的β2AR结构以及GDP结合的Gs异源三聚体的结构。这些结构为β2AR和Gs之间的交替相互作用提供了证据，同时提出β2AR的活性结构仅由GsCT的14个氨基酸稳定。该结构可以代表无核苷酸的β2AR-Gs复合物形成中的构象中间体，并揭示G蛋白活化的动态过程（点击阅读）；

　　【11/12】2019年4月4日，清华大学柴继杰课题组、中科院遗传发育所周俭民课题组和清华大学王宏伟课题联合同期背靠背发表两篇重量级Science文章，完成了植物NLR蛋白复合物的组装、结构和功能分析，揭示了NLR作用的关键分子机制，是植物免疫研究的里程碑事件。两篇文章分别是： "Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”的研究论文。该研究通过重建了拟南芥中NLB蛋白ZAR1-RKS1和ZAR1-RKS1-PBL2UMP复合物，并分别以3.7和4.3Å的分辨率确定了它们冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，揭示了ZAR1-RKS1识别PBL2UMP和PBL2UMP激活ZAR1的机制，为理解NLR蛋白提供了结构模板！"Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”的研究论文。该研究重建了ZAR1-RKS1-PBL2UMP-dATP活性复合体，证明了其复合体在免疫激活过程中进行寡聚化，并揭示了其激活免疫反应的机制！这两项研究在植物免疫研究领域取得历史性的重大突破，填补了人们25年来对植物抗病蛋白认知的巨大空白，将为研究其它抗病蛋白提供范本。Science杂志同期发表评论文章，认为“首个抗病小体的发现，为植物如何控制细胞死亡和免疫提供了线索”“显著推进了人们对植物免疫机制的认识”“打开了多个开拓性研究方向”；

　　【13】2019年7月5日，原清华大学颜宁（清华大学第一单位）等人Nature 在线发表题为“Modulation of cardiac ryanodine receptor 2 by calmodulin”的研究论文，该研究报道了RyR2的8个冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，它们共同揭示了不同形式CaM的分子识别特征，并提供了对CaM对RyR2通道门控的调节的见解。Apo-CaM和Ca2 + -CaM结合由手柄，螺旋和中心区域形成的细长裂缝中的不同但重叠的位点。RyR2上CaM结合位点的转变受Ca2 +与CaM结合而不是RyR2的控制。Ca2 + -CaM诱导各个中心结构域的旋转和域内移位，导致PCB95和Ca2 +激活的通道的孔闭合。相比之下，ATP，咖啡因和Ca2 +激活通道的孔在Ca2 + -CaM存在下保持开放，这表明Ca2 + -CaM是RyR2门控的许多竞争调节剂之一（点击阅读）；

　　【14】2019年7月10日，清华大学柴继杰与东安格利亚大学Cyril Zipfel共同通讯在Nature 在线发表题为“Mechanisms of RALF peptide perception by a heterotypic receptor complex”的研究论文，该研究报道RALF23诱导CrRLK1L FERONIA（FER）和LORELEI（LRE）-LIKE GLYCOSYLPHOSPHATIDYLINOSITOL（GPI）-ACHORED PROTEIN 1（LLG1）之间的复合物以调节免疫信号。该研究工作揭示了GPI锚定蛋白与植物遗传学上不相关的RK一致的植物肽感知的意外机制，这提供了一个分子框架，通过CrRLK1L RK和GPI锚定 的LRE / LLG家族蛋白质之间的不同异源复合物的感知，提供了一种分子框架来理解RALF多肽如何调节多个过程；

　　【15】2019年8月2日，清华大学隋森芳，中国科学院植物所匡廷云及沈建仁共同通讯在Science 发表题为“The pigment-protein network of a diatom photosystem II–lightharvesting antenna supercomplex”的研究论文，该研究报道了来自中心硅藻-角毛藻（Chaetoceros gracilis）的光系统II（PSII）  -岩藻黄素（Fx）叶绿素（Chl）a / c结合蛋白（FCPII）超复合物的冷冻电子显微镜结构。 超复合物包含两个原体，每个原体在PSII核心周围具有四个四聚体和六个单体FCPII，其在腔表面含有五种外源氧进化蛋白。该结构揭示了巨大的色素网络的排列，有助于硅藻中有效的光能收集，转移和消散过程。该成果是该合作团队在前期红藻、绿藻的光合膜蛋白结构与功能研究工作的拓展，为阐明硅藻PSII-FCPII超级复合体中独特的光能捕获、传递和转化以及高效的光保护机制提供了重要基础，为揭示PSII复合体的进化演变提供了重要线索。该成果也为PSII的超快动力学、理论计算和人工模拟光合作用研究提供了新理论依据，同时为后续指导设计新型作物、提高作物的捕光和光保护效率提供了新思路:

　　【16】2019年8月21日，清华大学肖百龙与李雪明共同通讯在Nature在线发表题为“Structure and mechanogating of the mammalian tactile channel PIEZO2”的研究论文，该研究确定了全长2,822残基小鼠PIEZO2的同源三聚体结构，分辨率为3.6-3.8Å，揭示了38个跨膜螺旋的完全分辨的拓扑结构和具有跨膜和胞质收缩位点的完全闭合的孔。PIEZO2与其同源物PIEZO1之间的结构比较表明，跨膜收缩位点可能充当由帽结构域控制的跨膜门。总之，该研究提供了对压电通道的结构和机械化机制的见解。