發(fā)布時間：2018-03-11 11:01

  本文選題：冷凍電子顯微學(xué)　切入點(diǎn)：單顆粒重構(gòu)技術(shù)　出處：《清華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：結(jié)構(gòu)生物學(xué)作為現(xiàn)代生命科學(xué)的前沿和帶頭學(xué)科之一,在對生命現(xiàn)象與規(guī)律的研究中發(fā)揮著舉足輕重的作用。結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究手段主要有X-射線晶體學(xué),核磁共振波譜學(xué)(NMR)及冷凍電子顯微學(xué)(Cryo-EM)等,每種方式都有其相應(yīng)的特點(diǎn)。X-射線晶體學(xué)適用于分子量較小的蛋白質(zhì),需要蛋白質(zhì)能夠形成規(guī)則的三維晶體,利用晶體衍射數(shù)據(jù)解析得到三維結(jié)構(gòu)。核磁共振波譜學(xué)可以測定不同溶液狀態(tài)下的結(jié)構(gòu),用于研究分子的柔性、分子間的相互作用、分子的動態(tài)特征等,但是對于分子量的局限性很大,只適用于分子量比較小的蛋白質(zhì)(40-50 kDa)。相比之下,冷凍電鏡技術(shù)不需要蛋白質(zhì)結(jié)晶,且適用于分子量較大的蛋白質(zhì),因此成為研究生物大分子結(jié)構(gòu)的首選。由于冷凍電鏡成像技術(shù)及數(shù)據(jù)處理方式的發(fā)展,直接電子探測器、圖像漂移校正算法及三維分類技術(shù)的出現(xiàn),使得該領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。近兩年涌現(xiàn)出了大批冷凍電鏡高分辨結(jié)構(gòu),冷凍電鏡逐漸成為結(jié)構(gòu)生物學(xué)中最重要的研究手段之一。盡管冷凍電鏡解析高分辨結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為可能,但是對于如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析,如何優(yōu)化解析過程仍有許多問題需要解決。針對不同的研究對象,具體的結(jié)構(gòu)解析方案也不盡相同,需要經(jīng)過摸索和嘗試才能找到最合適的方法解析得到高分辨結(jié)構(gòu)。本論文建立和完善了有關(guān)高分辨冷凍電鏡單顆粒的重構(gòu)方法,尤其是螺旋體單顆粒重構(gòu)方法。論文中首先對電子顯微學(xué)成像原理及三維重構(gòu)原理進(jìn)行簡單介紹。在此基礎(chǔ)之上,以人源T4-γ-secretase及人源Rad51與DNA形成的螺旋纖維結(jié)構(gòu)解析為例,詳細(xì)闡述冷凍電子顯微學(xué)高分辨結(jié)構(gòu)解析如何進(jìn)行。在結(jié)構(gòu)解析過程中,進(jìn)行了多種嘗試,最終獲得近原子分辨率結(jié)構(gòu),通過原子模型搭建及結(jié)構(gòu)分析,為其生物學(xué)功能提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),同時也為相應(yīng)的生物學(xué)問題提供了結(jié)構(gòu)依據(jù)。在人源T4-γ-secretase中解析得到了4.32?的結(jié)構(gòu),電鏡結(jié)構(gòu)揭示了γ-secretase四組分的組裝機(jī)制,為后續(xù)γ-secretase的結(jié)構(gòu)及功能研究提供了結(jié)構(gòu)依據(jù)。在Rad51課題中,解析得到了pre-synaptic和post-synaptic復(fù)合物高分辨結(jié)構(gòu),獲得了鏈間交換的可能中間態(tài)結(jié)構(gòu),為Rad51介導(dǎo)的DNA修復(fù)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。上述例子中,高分辨結(jié)構(gòu)解析方法是根據(jù)樣品摸索得到的,說明冷凍電鏡高分辨結(jié)構(gòu)解析仍需要進(jìn)行方法學(xué)探索,冷凍電鏡單顆粒重構(gòu)方法研究具有重要意義。
[Abstract]:As one of the leading subjects in modern life sciences, structural biology plays an important role in the study of life phenomena and laws. Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) and Frozen Electron Microscopy (Cryo-EMN), each method has its own characteristics. X- ray crystallography is suitable for proteins with small molecular weights, and requires proteins to form regular three-dimensional crystals. The three-dimensional structure can be obtained by using crystal diffraction data. Nuclear magnetic resonance spectroscopy can be used to study the flexibility of molecules, the interaction between molecules, the dynamic characteristics of molecules, and so on. However, the limitation of molecular weight is very great, and it is only suitable for proteins with relatively small molecular weight, which is 40-50 kDa. By contrast, the cryopreservation electron microscopy does not require protein crystallization, and is suitable for proteins with high molecular weight. As a result of the development of cryo-electron microscopy imaging technology and data processing, direct electronic detectors, image drift correction algorithms and three-dimensional classification techniques have emerged. This has made a breakthrough in this field. In the last two years, a large number of high resolution structures have emerged. Cryopreservation electron microscopy has gradually become one of the most important research methods in structural biology. There are still many problems to be solved on how to optimize the parsing process. It is necessary to find the most suitable method to analyze and obtain the high resolution structure. In this paper, the reconstruction method of single particle in high resolution cryopreservation electron microscope is established and improved. In this paper, the principle of electron microscopy imaging and the principle of three-dimensional reconstruction are briefly introduced. On this basis, the structure analysis of helical fibers formed by human T4- 緯 -secretase and human Rad51 and DNA is taken as an example. In the process of structure resolution, many attempts were made to obtain the near atomic resolution structure, and the atomic model was built and the structure was analyzed. It provides the structural basis for its biological function, and also provides the structural basis for the corresponding biological problems. In human T4- 緯 -secretase, 4.32? The structure and electron microscope structure of 緯 -secretase revealed the assembly mechanism of 緯 -secretase, which provided the structural basis for further study on the structure and function of 緯 -secretase. In the Rad51 project, the high-resolution structures of pre-synaptic and post-synaptic complexes were obtained. The possible intermediate structure of interchain exchange is obtained, which provides a structural basis for DNA repair mediated by Rad51. It shows that the resolution of high resolution structure of cryopreservation electron microscope still needs to be explored, and it is of great significance to study the method of single particle reconstruction of cryopreservation electron microscope.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q617

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李富,羅征培;組件通量精細(xì)分布重構(gòu)方法的有效性[J];核動力工程;1998年03期

2 趙文博;胡永明;王侃;姚棟;;一類基于近似求解節(jié)塊內(nèi)擴(kuò)散方程的功率重構(gòu)方法研究[J];核動力工程;2010年S2期

3 張偉禮;陳貞華;;一類非線性輻射未知界面問題的重構(gòu)方法[J];復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年04期

4 馮其京;劉軍;王言金;郝鵬程;姚雯;;二維軸對稱坐標(biāo)下基于介質(zhì)形心和體積的界面重構(gòu)方法[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2014年02期

5 戴心來，韓萍;非線性動力系統(tǒng)的重構(gòu)與信息提取[J];錦州師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);1997年04期

6 陳勇;郭隆德;岳茂雄;陳志強(qiáng);;計算流體成像技術(shù)重構(gòu)方法及其應(yīng)用[J];光學(xué)學(xué)報;2012年07期

7 吳鳳艷;王烈;孫洪民;;基于FPGA的動態(tài)局部可重構(gòu)方法分析與比較[J];廣西科學(xué)院學(xué)報;2009年04期

8 熊漢偉,張湘?zhèn)?一種自由曲面光學(xué)視覺重構(gòu)方法研究[J];光學(xué)技術(shù);2001年05期

9 梁偉光;王永;匡衡;周建亮;;融合診斷中信息容錯性的證據(jù)重構(gòu)方法[J];控制理論與應(yīng)用;2011年09期

10 莫軍;朱海;郭正東;;基于三次樣條插值重構(gòu)方法對西太平洋海洋要素時空分布的分析[J];海洋通報;2008年04期

相關(guān)會議論文 前9條

1 劉佶鑫;孫權(quán)森;朱近;夏德深;;基于向量總變差的壓縮感知高分辨率遙感圖像重構(gòu)方法[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

2 黃建國;潘卉青;田書林;;一種高速時域測試儀器中非均勻波形重構(gòu)方法[A];2008中國儀器儀表與測控技術(shù)進(jìn)展大會論文集（Ⅰ）[C];2008年

3 徐茵;王曉蕊;郝勁波;張建奇;;基于光場模型的自由視點(diǎn)高分辨率集成成像計算重構(gòu)方法研究[A];2011西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

4 吳鳳艷;王烈;余志祥;;基于FPGA的動態(tài)局部可重構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)[A];2010通信理論與技術(shù)新發(fā)展——第十五屆全國青年通信學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2010年

5 王向軍;賈桂敏;馬金駒;張召才;;基于月球探測數(shù)據(jù)的月面地形重構(gòu)方法研究[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2012年

6 許增樸;于德敏;王永強(qiáng);周聰玲;;三維物體表面輪廓測量與重構(gòu)方法的分析與仿真[A];立體圖象技術(shù)及其應(yīng)用研討會論文集[C];2005年

7 笪良龍;李韋華;徐景峰;;隨機(jī)動態(tài)聲速重構(gòu)方法研究[A];2011'中國西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2011年

8 曾清紅;孫文俊;;多介質(zhì)大變形流動的MMALE數(shù)值模擬研究[A];第十六屆全國流體力學(xué)數(shù)值方法研討會2013論文集[C];2013年

9 李勝忠;蔣昌師;倪其軍;趙峰;;基于FFD重構(gòu)方法的船型優(yōu)化設(shè)計及其模型試驗(yàn)驗(yàn)證[A];第十三屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第二十六屆全國水動力學(xué)研討會論文集——D水動力學(xué)實(shí)驗(yàn)和測試技術(shù)[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 劉海嘯;基于壓縮感知的視頻重構(gòu)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

2 李宏霄;基于壓縮感知的稀疏CT重構(gòu)方法研究[D];天津大學(xué);2014年

3 趙玲云;近原子分辨率冷凍電鏡單顆粒重構(gòu)方法研究與應(yīng)用[D];清華大學(xué);2016年

4 萬志敏;基于貝葉斯理論的結(jié)構(gòu)響應(yīng)重構(gòu)方法研究[D];華中科技大學(xué);2015年

5 張家晨;軟件重構(gòu)方法的研究[D];吉林大學(xué);2004年

6 徐茵;集成成像三維顯示光場轉(zhuǎn)換與重構(gòu)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 丁鋒;一種模型驅(qū)動和模式導(dǎo)向相結(jié)合的復(fù)雜Web系統(tǒng)重構(gòu)方法[D];南京理工大學(xué);2015年

2 陳楚楚;基于貝葉斯理論的壓縮感知重構(gòu)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

3 孫雨;面向結(jié)構(gòu)分析需求的代碼重構(gòu)方法和技術(shù)研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2017年

4 郭強(qiáng);三維集成成像計算生成與重構(gòu)方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

5 張偉;基于壓縮感知框架的選擇性重構(gòu)方法[D];西安電子科技大學(xué);2014年

6 齊正霞;嵌入式電子海圖系統(tǒng)軟件重構(gòu)方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

7 李登靜;基于FPGA的切換原理與重構(gòu)方法及其在容錯控制中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2009年

8 徐志強(qiáng);三維人臉重構(gòu)方法研究[D];華中科技大學(xué);2009年

9 崔白楊;基于Ridgelet冗余字典的非凸壓縮感知重構(gòu)方法[D];西安電子科技大學(xué);2013年

10 王立峰;若干特殊區(qū)域的逆散射唯一性問題和電導(dǎo)率間斷面重構(gòu)方法[D];復(fù)旦大學(xué);2008年

，

本文編號：1597873