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The development of the method for determining damage-free crystal structure at room temperature using X-ray free electron laser

Research Project

Project/Area Number 15K18493
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Structural biochemistry
Research InstitutionGifu University (2017)
University of Hyogo (2015-2016)

Principal Investigator

SHIMADA Atsuhiro  岐阜大学, 応用生物科学部, 助教 (80723874)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsプロトンポンプ / 時分割構造解析 / 無損傷構造解析 / X線自由電子レーザー / 膜タンパク質 / 金属タンパク質 / チトクロム酸化酵素 / 電子伝達 / XFEL / 常温測定 / Cytochrome c oxidase / 結晶調温湿装置 / HAG法 / Cytchrome c oxidase
Outline of Final Research Achievements

Cytochrome c oxidase (CcO), which generates bioenergy by catalyzing O2 for maintain biological activity, is one of the most important protein in bioenergetics field. Understanding the reaction mechanism of CcO is not academically significant subject but also expected to be useful for caring hypoxic diseases. In this study, I succeeded in determining the damage-free CcO crystal structure using X-ray free electron laser which has billion times higher pulse-intensity and one thousandth shorter pulse-width than present X-ray. Furthermore, intermediate structures of CcO photoactivated by laser irradiation were determined by utilizing the extremely short pulse-width of XFEL.

Report

(4 results)
  • 2017 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2016 Research-status Report
  • 2015 Research-status Report
  • Research Products

    (33 results)

All 2018 2017 2016 2015

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (28 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Structure of bovine cytochrome c oxidase in the ligand-free reduced state at neutral pH2018

    • Author(s)
      Luo Fangjia、Shinzawa-Itoh Kyoko、Hagimoto Kaede、Shimada Atsuhiro、Shimada Satoru、Yamashita Eiki、Yoshikawa Shinya、Tsukihara Tomitake
    • Journal Title

      Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications

      Volume: 74 Issue: 2 Pages: 92-98

    • DOI

      10.1107/s2053230x17018532

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A nanosecond time-resolved XFEL analysis of structural changes associated with CO release from cytochrome c oxidase.2017

    • Author(s)
      Shimada, A.†, Kubo, M.†, Baba, S.† et al. (29人中2番目)(†equal contribution)
    • Journal Title

      Sci. Adv.

      Volume: 3 Issue: 7

    • DOI

      10.1126/sciadv.1603042

    • NAID

      120006363290

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  • [Journal Article] Structure of bovine cytochrome c oxidase crystallized at a neutral pH using a fluorinated detergent2017

    • Author(s)
      Luo Fangjia、Shinzawa-Itoh Kyoko、Hagimoto Kaede、Shimada Atsuhiro、Shimada Satoru、Yamashita Eiki、Yoshikawa Shinya、Tsukihara Tomitake
    • Journal Title

      Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications

      Volume: 73 Issue: 7 Pages: 416-422

    • DOI

      10.1107/s2053230x17008834

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Complex structure of cytochrome c-cytochrome c oxidase reveals a novel protein-protein interaction mode2017

    • Author(s)
      Satoru Shimada, Kyoko Shinzawa‐Itoh, Junpei Baba, Shimpei Aoe, Atsuhiro Shimada, Eiki Yamashita, Jiyoung Kang, Masaru Tateno, Shinya Yoshikawa, and Tomitake Tsukihara
    • Journal Title

      EMBO J.

      Volume: 86 Issue: 3 Pages: 291-300

    • DOI

      10.15252/embj.201695021

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  • [Journal Article] The Mg2+-containing Water Cluster of Mammalian Cytochrome c Oxidase Collects Four Pumping Proton Equivalents in Each Catalytic Cycle2016

    • Author(s)
      Yano N, Muramoto K, Shimada A, Takemura S, Baba J, Fujisawa H, Mochizuki M, Shinzawa-Itoh K, Yamashita E, Tsukihara T, Yoshikawa S.
    • Journal Title

      J. Biol. Chem.

      Volume: 291 Issue: 46 Pages: 23882-23894

    • DOI

      10.1074/jbc.m115.711770

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      島田敦広、久保稔、馬場清喜、吾郷日出夫、吉川信也、月原冨武
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      第17回日本蛋白質科学会
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      吾郷 日出夫、島田 敦広、久保 稔、馬場 清喜、山下 恵太郎、平田 邦生、上野 剛、山本 雅貴
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      島田敦広、久保稔、馬場清喜、吾郷日出夫、吉川信也、月原冨武
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      島田敦広, 矢野直峰, 村本和優, 山下栄樹, 伊藤―新澤恭子, 月原冨武, 吉川信也
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      第54回日本生物物理学会
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      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2016-11-25
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      久保稔, 島田敦広, 馬場清喜, 山下恵太郎, 平田邦生, 山本雅貴, 伊藤―新澤恭子, 月原冨武, 吾郷日出夫, 吉川信也
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      THE 42nd NAITO CONFERENCE ON “In the Vanguard of Structural Biology: Revolutionizing Life Sciences”
    • Place of Presentation
      シャトレーゼガトーキングダムサッポロ(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-10-04
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  • [Presentation] Mg2+-containing water cluster, collecting four pumping proton equivalents in each catalytic cycle, enable the effective proton-pumping in bovine cytochrome c oxidase2016

    • Author(s)
      島田敦広, 矢野直峰, 村本和優, 武村修平, 馬場淳平, 望月正雄, 伊藤―新澤恭子, 山下栄樹, 月原冨武, 吉川信也
    • Organizer
      THE 42nd NAITO CONFERENCE ON “In the Vanguard of Structural Biology: Revolutionizing Life Sciences”
    • Place of Presentation
      シャトレーゼガトーキングダムサッポロ(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2016-10-04
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  • [Presentation] X線自由電子レーザーを用いたチトクロム酸化酵素の時分割構造解析から明らかとなった、銅イオンへの配位子結合によって制御されるプロトンポンプ経路の閉鎖メカニズム2016

    • Author(s)
      島田敦広, 波多野啓太, 宮本朱梨, 伊藤-新澤恭子, 久保稔, 馬場清喜, 熊坂崇, 山本雅貴, 吾郷日出夫, 平田邦生, 山下恵太郎, 山下栄樹, 上野剛, 吉川信也, 月原冨武
    • Organizer
      第89回日本生化学会大会
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      仙台国際センター(宮城県仙台市青葉区)
    • Year and Date
      2016-09-25
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  • [Presentation] The damage-free crystal structure of cytochrome c oxidase at the resting oxidized state determined using X-ray free electron laser2016

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      島田敦広, 伊藤―新澤恭子, 久保稔, 馬場清喜, 熊坂崇, 山本雅貴, 吾郷日出夫, 平田邦生, 山下恵太郎, 山下栄樹, 上野剛, 吉川信也, 月原冨武
    • Organizer
      EMBO Conference “The biochemistry and chemistry of biocatalysis: From understanding to design”
    • Place of Presentation
      オウル大学(フィンランド・オウル)
    • Year and Date
      2016-06-12
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      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] チトクロム酸化酵素の様々な反応中間体及び反応中間体類似物の構造から提唱されるプロトンポンプ機構2016

    • Author(s)
      島田敦広,馬場淳平,山下栄樹,村本和優,伊藤―新澤恭子,月原冨武,吉川信也
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2016-06-07
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  • [Presentation] チトクロム酸化酵素F型中間体の1.6Å分解能X線結晶構造解析2016

    • Author(s)
      江藤勇樹,島田敦広,山下栄樹,伊藤―新澤恭子,月原冨武,吉川信也
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2016-06-07
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  • [Presentation] X線自由電子レーザーを用いた、ポンプ・プローブ法によるチトクロム酸化酵素の時分割結晶構造解析2016

    • Author(s)
      波多野啓太,島田敦広,宮本朱梨,馬場清喜,山下恵太郎,久保稔,吾郷日出夫,平田邦生,上野剛,村上博則,山本雅貴,熊坂崇,山下栄樹,小倉尚志,伊藤―新澤恭子,月原冨武,吉川信也
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2016-06-07
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  • [Presentation] Processing of XFEL still images with a reference oscillation data set for crystal structural analyses of cytochrome c oxidase2016

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      Luo Fangjia , 島田敦広, 山下恵太郎, 平田邦生, 伊藤―新澤恭子, 月原冨武, 吉川信也
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2016-06-07
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  • [Presentation] 常温での高分解能データ収集に必要なチトクロム酸化酵素結晶の凍結解凍法の確立2016

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      宮本朱梨,島田敦広,波多野啓太,馬場清喜,熊坂崇,伊藤―新澤恭子,月原冨武,吉川信也
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2016-06-07
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  • [Presentation] チトクロムcとチトクロム酸化酵素の複合体での結晶構造が示す新しい蛋白質間相互作用様式2016

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      島田悟,青江新平,伊藤―新澤恭子,馬場淳平,島田敦広,Jiyoung Kang,舘野賢,山下栄樹,吉川信也,月原冨武
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2016-06-07
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  • [Presentation] チトクロム酸化酵素の様々な反応中間体及び反応中間体類似物の構造から提唱されるプロトンポンプ機構2016

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      島田敦広、馬場淳平、山下栄樹、村本和優、伊藤―新澤恭子、月原冨武、吉川信也
    • Organizer
      第16回日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡県福岡市博多区)
    • Year and Date
      2016-06-07
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      2015 Research-status Report
  • [Presentation] チトクロム酸化酵素の高分解能X線結晶構造解析から明らかとなった、酸素還元反応と共役したプロトン輸送機序2015

    • Author(s)
      島田敦広、矢野直峰、岸田佳織、馬場淳平、江藤勇樹、波多野啓太、山下栄樹、伊藤―新澤恭子、月原冨武、吉川信也
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
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    • Invited
  • [Presentation] チトクロム酸化酵素を用いた常温高分解能X線回折実験法の確立2015

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      波多野啓太、宮本朱梨、島田敦広、馬場清喜、熊坂崇、伊藤―新澤恭子、月原冨武、吉川信也
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
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      江藤勇樹、島田敦広、原史剛、山下栄樹、伊藤―新澤恭子、月原冨武、吉川信也
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
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  • [Presentation] チトクロム酸化酵素に対するチトクロムcの2つの結合部位のX線構造解析2015

    • Author(s)
      島田悟、青江新平、伊藤―新澤恭子、馬場淳平、島田敦広、山下栄樹、吉川信也、月原冨武
    • Organizer
      第53回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2015-09-13
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  • [Presentation] チトクロム酸化酵素内のMgを含む水クラスターが酸素取り込み前に4等量のプロトンを蓄積することで、高効率プロトンポンプ反応を可能にする2015

    • Author(s)
      島田敦広、矢野直峰、馬場淳平、武村秀平、村本和優、山下栄樹、伊藤―新澤恭子、前田友子、月原冨武、吉川信也
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      あわぎんホール(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-06-24
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  • [Presentation] 高分解能X線結晶構造解析によるチトクロム酸化酵素の酸素還元・プロトンポンプ機構の解明2015

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      月原冨武、島田敦広、島田悟、武村秀平、馬場淳平、村本和優、山下栄樹、伊藤―新澤恭子、吉川信也
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      あわぎんホール(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-06-24
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      島田悟、青江新平、伊藤―新澤恭子、島田敦広、馬場淳平、武村秀平、山下栄樹、吉川信也、月原冨武
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      あわぎんホール(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-06-24
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  • [Presentation] シアン結合完全還元型チトクロム酸化酵素のX線結晶構造解析から明らかになった、活性中心を構成するheme a3の高い可動性2015

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      馬場淳平、島田敦広、山下栄樹、伊藤―新澤恭子、村本和優、月原冨武、吉川信也
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会
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      あわぎんホール(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-06-24
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      波多野啓太、島田敦広、引田理英、蓼原瞳、山本旭麻、山下栄樹、前田友子、伊藤―新澤恭子、月原冨武、吉川信也
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会
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      あわぎんホール(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-06-24
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  • [Presentation] 第2のチトクロムc結合部位を持つチトクロムc酸化酵素共結晶のX線結晶構造解析2015

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      青江新平、島田悟、伊藤―新澤恭子、島田敦広、馬場淳平、武村秀平、山下栄樹、吉川信也、月原冨武
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会
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      あわぎんホール(徳島県徳島市)
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      2015-06-24
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      萩本楓、伊藤―新澤恭子、島田敦広、島田悟、Luo Fangjia、山下栄樹、吉川信也、月原冨武
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会
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      あわぎんホール(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-06-24
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      江藤勇樹、島田敦広、前田友子、山下栄樹、村本和優、伊藤―新澤恭子、月原冨武、吉川信也
    • Organizer
      第15回日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      あわぎんホール(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-06-24
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Published: 2015-04-16   Modified: 2019-03-29  

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