Белковая кристаллография является наиболее распространенным методом определения структуры биологических макромолекул. Использование замороженных образцов зачастую смещает равновесие конформационных ансамблей в белковых кристаллах, что затрудняет изучение механизмов функционирования лабильных структурных элементов белков. Белковая серийная микрокристаллография открыла новые возможности для определения структуры промежуточных продуктов реакции с временным разрешением и исследования многообразия конформационных состояний макромолекул в условиях близких к физиологическим.

Этот метод требует образцов, содержащих большое количество высокоупорядоченных кристаллов нано- или микроразмеров. Однако процессы роста и структурные особенности высококачественных микрокристаллов еще недостаточно хорошо изучены.

Микрокристаллы получают путем смешивания белка с растворами осадителя (метод кристаллизации в объеме), для которого необходима фазовая диаграмма микрокристаллизации с целью получения массового зародышеобразования. Рост кристаллов должен контролироваться и, при необходимости, может быть остановлен быстрым разбавлением буфера с высоким содержанием осадителя при достижении желаемых размеров кристаллов [1].

В данной работе была предложена методика использования малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР) для мониторинга процесса микрокристаллизации лизоцима в рентгеновских капиллярах с использованием различных кристаллизационных растворов. Эксперимент проводился на cтанции “БиоМУР” Курчатовского источника синхротронного излучения (Москва, Россия). Метод МУРР позволил определить время появления первых кристаллов после смешивания раствора белка с осадителем и момент ингибирования роста кристаллов. Появление брэгговских пиков на зарегистрированных профилях рассеяния лизоцима указывало на начальную временную точку образования первых кристаллов. Предложенный подход может помочь контролировать качество приготовления суспензий микрокристаллов для серийной кристаллографии с временным разрешением. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 19-29-12054.



Литература:

1.Kupitz C et al. (2014) Phil.Trans.Soc. B 369, 20130316.

Protein crystallography is the most common method for determining the structure of biological macromolecules. The use of frozen samples can shift the structural ensembles in protein crystals and limit our ability to study protein motions during functioning. Protein serial microcrystallography has opened new perspectives for time-resolved structural determination of reaction intermediates and characterization of conformational states of macromolecules under nearly-physiological conditions.

This method requires samples containing a large number of highly ordered nano- or microscale crystals. However, the growth and the characterization of high-quality nanocrystals remain a bottleneck.

Microcrystals are obtained by mixing a protein with precipitant solutions in a batch method, for which a microcrystallization phase diagram is needed to produce massive nucleation. Crystal growth must be controlled and can be stopped by rapid dilution in a high precipitant buffer at the desired crystal size [1].

Here, we demonstrate application of small-angle X-ray scattering (SAXS) for monitoring microcrystallization process of lysozyme in X-ray capillaries using different crystallization solutions. The experiment was performed at the "BioMUR" beamline of the Kurchatov synchrotron radiation source (Moscow, Russia). SAXS allowed us to determine the time when the first crystals appear after mixing the protein solution with the precipitant buffer and the moment of inhibition of crystal growth. The appearance of Bragg peaks on the recorded SAXS scattering profiles of lysozyme indicated the initial time point of the first crystals formation. The technique can be useful for the preparation of microcrystal suspensions for time-resolved serial crystallography. The work was supported by RFBR grant 19-29-12054.



References:

1.Kupitz C et al. (2014) Phil.Trans.Soc. B 369, 20130316.