冷冻电镜技术的问世，为生物大分子结构解析带来了划时代的变革。但长期以来，分子量100 kDa以下的小蛋白因颗粒小、信号噪声比低、结构特征不足，始终是冷冻电镜单颗粒分析的 “成像盲区”，成为制约结构生物学和创新药物研发的瓶颈。海洋生物遗传资源重点实验室李增鹏研究员团队长期进行纳米抗体相关应用机制研究，在本研究中联合山东大学高等医学研究院王维教授团队基于纳米抗体及AI蛋白设计打造了名为 Trimbody的通用结构生物学工具，实现了小蛋白冷冻电镜原子级分辨率解析的突破，在Nature Communications期刊在线发表了题为“Trimbody with rigid AI-designed scaffolds enables atomic-resolution cryo-EM structure determination of small proteins”的研究论文。山东大学高等医学研究院王维教授、自然资源部第三海洋研究所李增鹏教授、山东大学药学院侯旭奔教授为本文共同通讯作者。

本研究的核心创新是研发出 Trimbody“支架 + 抗体” 一体化通用结构生物学工具，实现了小蛋白冷冻电镜原子级分辨率解析的重大突破。合作团队发挥学科交叉优势，依托纳米抗体研发积淀，以分子量小、特异性强的纳米抗体作为识别小蛋白的精准分子 “抓手”；并利用AI 蛋白设计优势，通过 RFdiffusion 和 ProteinMPNN 工具，从头设计出高刚性的 H3-PrAC-5350A 三聚体支架，并完成纳米抗体的 TAIL 结构域融合改造。

Trimbody 由 Nb-TAIL 融合纳米抗体和三聚体支架构成双组分系统，既通过支架提升复合物分子量，解决小蛋白颗粒难识别问题，又以 AI 设计的刚性结构域消除蛋白连接的柔性运动，破解小蛋白 3D 重构核心障碍。研究团队利用该工具成功解析四款 50 kDa 以下蛋白的原子级结构，覆盖可溶性蛋白与膜蛋白类型，对应纳米抗体的多种结合模式，分辨率均达 3 Å 内，充分验证了以纳米抗体为核心的 Trimbody 系统，在各类小蛋白结构解析中具备良好的普适性。Trimbody 系统兼具制备成本低、组装操作简便的特点，且能与现有冷冻电镜工作流程高度兼容，不仅为小分子量蛋白的高分辨率结构研究提供了全新通用工具，也为基于纳米抗体的药物研发和海洋蛋白、酶基因资源的研究提供了重要技术支撑。

本研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的资助。

文章链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41735342/