JM
Jamie McCormack
Author with expertise in Cryo-Electron Microscopy Techniques
Achievements
Open Access Advocate
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
2
(100% Open Access)
Cited by:
693
h-index:
2
/
i10-index:
2
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Single-particle cryo-EM at atomic resolution

Takanori Nakane et al.Oct 21, 2020
The three-dimensional positions of atoms in protein molecules define their structure and their roles in biological processes. The more precisely atomic coordinates are determined, the more chemical information can be derived and the more mechanistic insights into protein function may be inferred. Electron cryo-microscopy (cryo-EM) single-particle analysis has yielded protein structures with increasing levels of detail in recent years1,2. However, it has proved difficult to obtain cryo-EM reconstructions with sufficient resolution to visualize individual atoms in proteins. Here we use a new electron source, energy filter and camera to obtain a 1.7 Å resolution cryo-EM reconstruction for a human membrane protein, the β3 GABAA receptor homopentamer3. Such maps allow a detailed understanding of small-molecule coordination, visualization of solvent molecules and alternative conformations for multiple amino acids, and unambiguous building of ordered acidic side chains and glycans. Applied to mouse apoferritin, our strategy led to a 1.22 Å resolution reconstruction that offers a genuine atomic-resolution view of a protein molecule using single-particle cryo-EM. Moreover, the scattering potential from many hydrogen atoms can be visualized in difference maps, allowing a direct analysis of hydrogen-bonding networks. Our technological advances, combined with further approaches to accelerate data acquisition and improve sample quality, provide a route towards routine application of cryo-EM in high-throughput screening of small molecule modulators and structure-based drug discovery. Advances in electron cryo-microscopy hardware allow proteins to be studied at atomic resolution.
0
Paper
Citation693
0
Save
487

Single-particle cryo-EM at atomic resolution

Takanori Nakane et al.May 22, 2020
Abstract The three-dimensional positions of atoms in protein molecules define their structure and provide mechanistic insights into the roles they perform in complex biological processes. The more precisely atomic coordinates are determined, the more chemical information can be derived and the more knowledge about protein function may be inferred. With breakthroughs in electron detection and image processing technology, electron cryo-microscopy (cryo-EM) single-particle analysis has yielded protein structures with increasing levels of detail in recent years 1,2 . However, obtaining cryo-EM reconstructions with sufficient resolution to visualise individual atoms in proteins has thus far been elusive. Here, we show that using a new electron source, energy filter and camera, we obtained a 1.7 Å resolution cryo-EM reconstruction for a prototypical human membrane protein, the β3 GABA A receptor homopentamer3. Such maps allow a detailed understanding of small molecule coordination, visualisation of solvent molecules and alternative conformations for multiple amino acids, as well as unambiguous building of ordered acidic side chains and glycans. Applied to mouse apo-ferritin, our strategy led to a 1.2 Å resolution reconstruction that, for the first time, offers a genuine atomic resolution view of a protein molecule using single particle cryo-EM. Moreover, the scattering potential from many hydrogen atoms can be visualised in difference maps, allowing a direct analysis of hydrogen bonding networks. Combination of the technological advances described here with further approaches to accelerate data acquisition and improve sample quality provide a route towards routine application of cryo-EM in high-throughput screening of small molecule modulators and structure-based drug discovery.