光による分子間相互作用の変化を利用した結晶成長

• Project/Area Number: 17034009
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 奥津 哲夫 群馬大学, 工学部, 助教授 (20261860)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥4,900,000 (Direct Cost: ¥4,900,000); Fiscal Year 2006: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000); Fiscal Year 2005: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: タンパク質 / 結晶 / 結晶核形成 / リゾチーム / Thaumatin

Research Abstract

タンパク質の高次構造を明らかにし、機能を理解する方法はX線結晶構造解析である。このためには結晶化は必須の作業である。しかし、この行程には定法がなく、熟練した研究者の経験と勘に頼っている。解析作業はSPring-8の稼働により飛躍的に進歩しているので、優れた結晶作成方法の出現が待ち望まれている。我々は弱いUV光をリゾチームの過飽和溶液に短時間照射すると結晶核の形成が促進されることを見いだした。この機構を理解し、タンパク質の結晶化手法として一般化することを目的とする。これまでに得られた成果を下記に示す。
1.再現性の確立。光照射による結晶化の結果を安定して得るために、結晶出現の頻度に不確定さを与える因子を解明し、再現性の高い実験方法を確立した。光照射を行わない条件では結晶が出現しない溶液から、光照射により確実に結晶を出現させることが可能となった。
2.分子間相互作用の測定。動的光散乱測定を行い、光照射によりリゾチーム分子間の相互作用が引力になることを見いだした。反応中間体の分子間相互作用を光で変化させることにより結晶化を引き起こすことが可能となることが判明した。
3.過渡吸収測定を行い、トリプトファン残基が中性ラジカルとなった反応中間体が結晶核形成に関与していると推測した。
4.Thaumatinでも光誘起結晶化が確認された。Thaumatinでは溶解度以下の濃度の溶液でも核形成が確認された。
5.光誘起結晶化により適した結晶化処方の開発を検討した。その結果、ポリエチレングリコールなどの非電荷ポリマーを添加すると、結晶化の駆動力が同じ条件であっても、ポリマー添加を行った場合ではより結晶化が促進されることを見いだした。

Research Products

• [Journal Article] Detection of Covalent-bonded Dimer in Photochemical-induced Crystallization of Protein (2007)
  • Author(s): K.Furuta et al.
  • Journal Title: Chem.Lett. 36 Pages: 714-715
• [Journal Article] Photochemically Induced Nucleation in Supersaturated and Undersaturated Thaumatin Solutions (2007)
  • Author(s): T.Okutsu et al.
  • Journal Title: J.Photochem.Photobiol.A : Chemistry (In press)
• [Journal Article] Enhancement of Light-induced Nucleation of Lysozyme in the Presence of Polyethylene Glycol (PEG) 4000 (2007)
  • Author(s): T.Okutsu et al.
  • Journal Title: Chem.Lett. 36 Pages: 338-339
  • NAID: 10018523241
• [Journal Article] Dual Phosphorescence and Excited State Dynamics of p-Bromotoluene (2007)
  • Author(s): T.Okutsu et al.
  • Journal Title: J.Photochem.Photobiol.A : Chemistry 186 Pages: 229-233
• [Journal Article] タンパク質の光誘起結晶化 (2006)
  • Author(s): 奥津哲夫, 平塚浩士
  • Journal Title: 日本結晶成長学会誌 33 Pages: 66-374
• [Journal Article] Production and Excited State Dynamics of the Photorearranged Isomer of Benzyl Chloride (2005)
  • Author(s): M.Nagano et al.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.A, 109 Pages: 5825-5831
• [Journal Article] Control of Polysilane Conformation by Photoisomerization of Pendant Azobenzene Groups (2005)
  • Author(s): H.Horiuchi et al.
  • Journal Title: Chem.Lett 34 Pages: 1292-1293
• [Book] 群馬大学研究室から「新時代への視点」 (2006)
  • Author(s): 奥津哲夫
  • Publisher: 群馬大学地域連携推進室(GURPO)編
• [Book] 光によるタンパク結晶化 (2005)
  • Author(s): 奥津哲夫, 平塚浩士
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 強光子場科学研究懇談会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 巨大分子結晶の製造方法及びそれに用いる製造装置 (2006)
  • Inventor(s): 奥津 哲夫
  • Industrial Property Rights Holder: 群馬大学
  • Industrial Property Number: 2006-082920
  • Filing Date: 2006-03-24