キセノンガスを利用した普遍的かつ容易な蛋白結晶構造解析法の開発

• Project/Area Number: 09559005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 展開研究
• Research Field: 広領域
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 三井 幸雄 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (40012637)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 東 常行 理学電機株式会社, 主任研究員 ; 野中 孝昌 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (30242457)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥9,200,000 (Direct Cost: ¥9,200,000); Fiscal Year 1998: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥5,200,000); Fiscal Year 1997: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000)
• Keywords: 稀ガス / キセノン / クリプトン / 蛋白質 / X線結晶構造解析 / 位相決定 / 異常分散 / 放射光 / 重原子同形置換法 / キセノンガス / 蛋白結晶学 / X線解析 / 蛋白構造 / 重原子同型置換法

Research Abstract

本研究の目的は、重原子として希ガス(キセノンとクリプトン)を用い位相決定のための重原子同形置換体を得ることである。そのために我々は、5MPa程度までの圧力に耐えられるガス封入装置を作製した。この装置はキャピラリーと市販の樹脂製T字コネクタを組み合わせた簡単な装置である。
現在までにPFやSPring-8で、希ガスの圧を変化させ、リゾチーム、リボ核酸分解酵素、PCB分解酵素、およびトリプシンの蛋白質結晶に希ガスの導入を試みた。トリプシン以外の蛋白質結晶には、希ガスを導入することができた。しかし、リゾチーム、リボ核酸分解酵素については、単独で位相決定のために利用できるような重原子同形置換体は得られていない。一方、PCB分解酵素については、Spring-8のBL41XUにおいて、1つの結晶から、nativeとキセノン圧2.7MPaのデータを得ることが出来た。この重原子同形置換体は、分解能2.55A、completeness96.6%であった。このnatieveとキセノン同形置換体を処理した結果、パターソン図に明確なピークを得ることが出来た。3箇所のキセノンの座標を用いてプログラムMLPHAREにて重原子サイトの精密化を試みたが、電子密度分布図を解釈することはできなかった。そこで、この精密結果を用いて、プログラムSHARPを用いて更に、重原子サイトの精密化を行った。さらに、プログラムSOLOMONにて溶媒平滑化を行うことにより、分解能2.55Aで、蛋白質分子モデルを構築できる高品質な電子密度分布図を得ることに成功した。すなわち、希ガス単独で位相決定を行うという所期の目的を達成できた。

Research Products

• [Publications] Nakanishi、M.、Matsuura、K.、Kaibe、H.、Tanaka、N.、Nonaka、T.、Mitsui、Y.、and Hara、A.: "Switch of coenzyme specificity of mouse lung carbonyl reductase by substitution of threonine 38 with aspartic acid."J.Biol.Chem.. 272(4). 2218-2222 (1997)
• [Publications] Niimura、N.、Minezaki、Y.、Nonaka、T.、Castagna、J.C.、Cipriani、F.、H、gh、j、P.、Lehmann、M.S.、and Wilkinson.: "Neutron Laue diffractometry with an imaging plate provides an effective data collection regime for neutron protein crystallography."Nat.Struct.Biol.. 4(11). 909-914 (1997)
• [Publications] Sugimoto、K.、Yamada、T.、Hauschild、J.E.、Senda、T.、Masai、E.、Fukuda、M.、and Mitsui、Y.: "Purification and Crystallization of a 2、3-dihydroxylbiphenyl dioxygenase EtbC from Rhodococcus sp.Strain RHA1."Protein and Peptide Letters. 4. 415-418 (1997)
• [Publications] Tanabe、T.、Tanaka、N.、Uchikawa、K.、Kabashima、T.、Ito、K.、Nonaka、T.、Mitsui、Y.、Tsuru、M.、and Yoshimoto、T.: "Roles of the Ser146、Tyr159、and Lys163 residues in the catalytic action of 7alpha-hydroxysteroid dehydrogenase from Escherichia coli."J.Biochem.(Tokyo). 124(3). 634-641 (1998)
• [Publications] Irie、M.、Nitta、K.、and Nonaka、T.: "Biochemistry of frog ribonucleases."Cell Mol.Life Sci.. 54(8). 775-784 (1998)
• [Publications] Fujimoto、K.、Ichinose、H.、Natsu、T.、Nonaka、T.、Mitsui、Y.、and Katoh、S.: "Functionally important residues-171 and serine-158 in sepiapterin reductase."Biochim.Biophys.Acta. 1431(2). 306-314 (1999)
• [Publications] Taguchi、S.、Ozaki、A.、Nonaka、T.、Mitsui、Y.、and Momose、H.: "A cold-adapted Protease engineered by experimental evolution system."J.Biochem.(Tokyo). 126(4). 689-693 (1999)
• [Publications] Matsumoto、T.、Nonaka、T.、Hashimoto、M.、Watanabe、T.、and Mitsui、Y.: "Crystallization and a preliminary crystallographic analysis of the catalytic domain of chitinase A1 from Bacillus circulans Wl-12."Protein and Peptide Letters. 6. 399-402 (1999)
• [Publications] Matsumoto、T.、Nonaka、T.、Hashimoto、M.、Watanabe、T.、and Mitsui、Y.: "Three-dimensional structure of the catalytic domain of chitinase A1 from Bacillus circulans WL-12 at a very high resolution"Proc.Japan Acad.. 75B. 269-274 (1999)
• [Publications] Sugimoto、K.、Aoshima、H.、Senda、T.、Masai、E.、Fukuda、M.、and Mitsui、Y.: "Purification and crystallization of a protocatechuate 4、5-dioxygenase LigAB from Sphingomonas pausimobilis SYK-6."Protein and Peptide Lett.. 6. 55-58 (1999)
• [Publications] Sugimoto、K.、Senda、T.、Aoshima、H.、Masai、E.、Fukuda、M.、and Mitsui、Y: "Crystal structure of an aromatic-ring-opening dioxygenase LigAB、a protocatechuate 4、5-dioxygenase、in aerobic condition."structure. 7. 953-965 (1999)
• [Publications] Sugimoto、K.、Senda、T.、Masai、E.、Kimbara、K.、Fukuda、M.、and Mitsui、Y.: "Purification and Crystallization of a Catechol 2、3-Dioxygenase PheB from Bacillus stearothermophilus BR219."Protein and Peptide Lett.. 6. 403-406 (1999)
• [Publications] Ohtsubo、Y.、Miyauchi、K.、Kanda、K.、Hatta、T.、Kiyohara、H.、Senda、T.、Nagata、Y.、Mitsui、Y.、and Takagi、M.: "PcpA、which is involved in the degradation of pentachlorophenol in Sphingomonas chlorophenolica ATCC39723、is a novel type of ring-cleavage dioxygenase."FEBS Letters.
• [Publications] Senda,T.、Sugimoto、K.、Nishizaki、T.、Okano、M.、Yamada、T.、Masai、E.、Fukude、M.、and Mitsui、Y.: "Oxygen Homeostasis and Its Dynamics"Springer. 6 (1997)
• [Publications] Fukuda、M.、Iuchi、S.、Akiba、M.、Senda、T.、Kimbara、K.、Mitsui、Y.、and the iate Yano K: "Microbial diversity and genetics of biodegradation"Japan Scientific Societies Press. 10 (1997)
• [Publications] M.Nakanishi: "Switch of coenzyme specificity of mouse lung carbonyl reductase by substitution of threonine38 with as partic acid." J.Biol.Chem.272. 2218-2222 (1997)
• [Publications] N.Niimura: "Neutron Laue diffractometry with an imaging plate provides an effective data collection regime for neutron protein crystallography." Nat.Struct.Biol.4. 909-914 (1997)
• [Publications] T.Tanabe: "Roles of the Ser146,Tyr159,and Lys163 residues in the catalytic action of 7α-hydroxysteroid dehydrogenase from Escherichia coli." J.Biochem.(Tokyo). 124. 634-641 (1998)
• [Publications] M.Irie: "Biochemistry of frog ribonucleases." Cell Mol.Life Sci.54. 775-784 (1998)
• [Publications] Niimura,I., Minezaki,Y., Nonaka,T., Castagna,J-C., Ciprianl,F., Hoeghoej.P., Lehmann,M.S., & Wilkinson,C.: "Neutron Laue diffractometry with an imaging plate providea an effective data collection regime for netron protein crystallography." Nature Struct.Biol.4. 909-914 (1997)
• [Publications] Nakanishi,M., Netsuura,K., Kaibe,H., Tanaka,N., Nonaka,T., Mitsui,Y. & Hara,A.: "Switch of coenzyme specificitiy of mouse lung carbonyl reductase by substitution of Threonine 38 with Aspartic acid." J.Biol.Chem.272. 2218-2222 (1997)