고해상도 저온전자현미경: 볼트와 너트

<구조생물학의 동향(Current Opinions in Structural Biology)>은 구조생물학의 최근 연구 동향에 대해 여러 리뷰를 수록하는 저널인데, 2017년 10월호를 저온전자현미경(cryo-EM)에 관한 특집호로 꾸미는 모양이다. 그 중 몇 편의 논문이 벌써 온라인에 올라왔는데, 하나를 골라 초록과 서론을 번역한다. 요새 핫한 분야다 보니 개략적인 내용만 아는 것도 도움이 될 듯.

고해상도 저온전자현미경: 볼트와 너트

http://dx.doi.org/10.1016/j.sbi.2017.03.003

초록

저온전자현미경과 단일입자분석 덕분에 이제 X선 결정학이나 다른 접근법으로 밝힐 수 없는 거대분자 복합체의 고해상도 구조를 결정할 수 있게 되었다. 저온전자현미경으로 고해상도 구조를 성공적으로 결정하는 데에는 항상 단백질 시료의 질이 중요하다. 구조적 불균일성이 저온전자현미경의 중요한 과제로 남아 있지만, 동시에 거대분자 복합체의 내재적 구조 유연성을 연구할 드문 기회가 되기도 한다. 여기서 우리는 이 '해상도 혁명'을 가능하게 한 몇 가지 중요한 기술적 발전을 살펴보고 고해상도 구조 결정을 위해 뛰어넘어야 하는 기술적 장벽들을 간결하게 보여주고자 한다.

서론

저온전자현미경(cryo-EM; cryogenic transmission electron microscopy)과 단일입자분석(SPEM; single-particle analysis)은 혁명 중에 있다. 최근의 많은 연구들에 따르면 SPEM은 X선 결정학이나 다른 접근법으로 밝힐 수 없는 분자들의 고해상도(4 Å 미만) 모형을 만드는 데 사용될 수 있다. 이 급속한 발전이 가능케 한 주요 기술적 발전들로는 시료 제작 및 안정화 기법, 극도로 안정한 전자 현미경, 점차 감도가 좋아지는 직접 전자 검출기, 이미지 처리 소프트웨어의 향상 등이 있다. 이제 구조생물학의 가장 어려운 목표들조차 저온전자현미경을 통해 거의 원자 수준의 해상도로 그 구조가 결정될 수 있다. 일례로, 고정되지 않은 구성과 구조를 가진 큰 거대분자기계들과, 작은 분자량(300 kDa 미만)으로 인해 이전에는 저온전자현미경 기법을 적용할 수 없다고 여겨진 단백질 복합체들이 있다. 2016년 11월 기준, 전자현미경 데이터 은행(EMDB; Electron Microscopy Data Bank)에 저장된 전자현미경 지도 4231개 중 620개 5 Å 미만의 해상도를 가지고 있다. 2016년 1월 이후 저온전자현미경 기법의 모든 면에 걸쳐 40개 이상의 리뷰가 출판되었다. 여기서 우리는 SPEM으로 고해상도 구조를 결정하기 위하여 넘어야 하는 기술적 장벽들을 간결하게 정리하고 각 단계의 세부 사항에 대해서는 더 읽어볼 문헌들을 알려주고자 한다.