近日，南方科技大学 学院副教授沈庆涛课题组针对生物大分子组装柔性的难题，基于冷冻电镜单颗粒技术，开发了直接赋值颗粒欧拉角的重构方法，解析了真核细胞中转运必需的内吞体分选复合物 (ESCRT-III)平面螺旋多聚体结构。该研究成果发表在《美国国家科学院院刊》。

ESCRT是一类进化保守的生物大分子机器，广泛存在于古菌、细菌和真核生物中，负责真核细胞中所有背离细胞质方向的膜重塑过程，如细胞分裂、细胞核膜重塑、质膜损伤修复和神经元修剪等。ESCRT的功能紊乱会导致癌症与神经退行性疾病等的发生。

ESCRT分子机器由ALIX、ESCRT-I、ESCRT-II、ESCRT-III和Vps4五个亚复合物组成，其中，ESCRT-III负责膜重塑中最重要的膜形变和膜分裂过程。此前，沈庆涛团队利用冷冻电镜观测到ESCRT-III的平面螺旋多聚体形式。然而，ESCRT-III平面螺旋多聚体具有直径细、高度卷曲、严重优势取向等特点，给其三维结构解析带来巨大挑战，严重制约了对ESCRT-III介导的膜重塑机制的理解。

基于中央截面定理，三维重构的关键步骤在于计算每个颗粒精准的欧拉角。目前，欧拉角是通过颗粒与模板的匹配获取的，极易陷入局部最优值陷阱，造成重构错误。

在该研究中，科研人员收集了擎转后的样品数据，开发了描绘ESCRT-III平面螺旋多聚体的图形软件，充分利用相邻颗粒之间的几何约束，通过数学计算求取颗粒初始欧拉角，开发了直接赋值颗粒欧拉角的重构方法，成功解析了ESCRT-III不同构象的三维结构，勾勒出ESCRT-III在膜上的组装形式和组装机制。

该工作为研究ESCRT-III多聚体由平面螺旋向圆顶结构转变提供了初始构象，为研究ESCRT-III介导的膜重塑提供了新方向。该研究中所提出的重构方法，有效规避了冷冻电镜单颗粒重构中的局部最优解问题，也为解析脂质体和细胞器等膜系统上受几何限制、具有严重优势取向的大分子复合物的结构提供了新的策略。

相关论文信息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319115121