综合同步辐射小角散射和晶体学解析蛋白质复合物结构的方法学研究

蛋白质复合物的结构和功能是目前结构生物学的前沿领域之一，但是由于复合物本身的复杂性和各组分之间结合的不够稳定，使得蛋白质复合物的结构测定比单一组分的蛋白质更加困难。本项目将综合同步辐射的小角散射和晶体学方法，发展高效的蛋白质复合物结构解析技术，即利用小角散射得到的外形作为基础，在不需要进行同晶置换或反常散射的情况下通过相位迭代的方法获得正确的晶体学衍射相位，达到解析全新蛋白质结构的目的；以及结合蛋白质复合物各个组分结构和溶液中复合物外形，不必结晶直接解析溶液中蛋白质复合物原子分辨率结构的方法，为蛋白质复合物的结构研究提供先进的方法和技术。并在这些技术和方法的基础上，开展与人类免疫识别与抑制相关蛋白质复合物的结构和功能研究，为理解免疫响应与调控这个重要的基本生物学过程提供结构基础。

本项目按计划完成了全部研究内容。在项目的支持下，我们在北京同步辐射装置上建立了X射线小角散射研究蛋白质溶液结构的平台，该平台提供了适于进行蛋白质溶液结构研究的硬件设备和自动化、用户友好、准确度高的软件包，为国内用户开展蛋白质溶液结构研究提供了有力的支撑。这个平台已经向国内外的用户开放。结合蛋白质晶体学和X射线小角散射技术，发展了一种解析相位的新方法：相位迭代法，这个算法能够在不需要同晶置换和反常散射的条件下得到全新蛋白的结构，而且稳定性好、对实验数据要求不高。该算法已经形成标准的软件并可自由下载。我们综合X射线小角散射和蛋白质晶体学研究了一系列重要的蛋白质及蛋白质复合物的结构和功能关系，充分证明了X射线小角散射和蛋白质晶体学综合方法在结构生物学研究中的独特优势。在免疫抑制与调控相关的FOXP3蛋白质复合物的结构和功能关系研究中，获得了FOXP3自身寡聚结构域的结构，证实了FOXP3蛋白中与疾病相关的突变能影响其自身寡聚性质，研究了FOXP3与FOXP1的相互作用，为理解FOXP3在免疫响应与调控上的作用提供了结构基础。