深海模倣系構築による高圧下の蛋白質構造の実測法の開発
| Project/Area Number |
21K18602
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
杉山 正明 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (10253395)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大田 ゆかり 群馬大学, 食健康科学教育研究センター, 講師 (40399572)
井上 倫太郎 京都大学, 複合原子力科学研究所, 准教授 (80563840)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
|
|---|
| Keywords | 深海タンパク質 / オスモライト / 中性子散乱 / α-グルコシダーゼ / 分子動力学計算 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
深海生物におけるタンパク質の高圧による変性の防御はトリメチルアミンオキサイド（TMAO）がタンパク質周囲に形成する防御シェルであると予測されている。本研究はこ防御シェルの存在を重水素化と中性子溶液散乱の技術を用いて実測し、さらにそのシェルの詳細な構造解明及び圧力依存性を明らかにする。本研究により計算により推定されているTMAOによる防御シェルの実態が初めて明らかにされることが期待できる。更に中性子は物質透過性に優れている利点を持つことから、困難な高圧溶液散乱実験に適用が有利な手法である。よって、本研究では汎用的な高圧溶液系でのタンパク質の構造測定法の確立も目指す。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
深海由来のアルファグルコシダーゼ (GSJ)の高圧下における小角散乱測定の実現に向けた大量培養及びサンプル調製条件の最適化を行なった。培養条件及び精製条件の最適化により、凝集物及び分解物の寄与が10%以下の極めて高純度のGSJ溶液を得るプロトコルを確立した。更に、高純度のGSJ溶液に対して大気圧下のX線小角散乱測定を行い、得られたX線小角散乱プロファイルを再現するために全原子分子動力学計算も並列して行った。特に、全原子分子動力学計算のtrajectoryから得られるアンサンブル平均散乱プロファイルとX線小角散乱測定から得られた散乱プロファイルがどの程度再現出来るかを検証した。その結果、GSJの平均的なサイズに対応する回転二乗半径は、概ね全原子分子動力学計算から得られたアンサンブル平均散乱プロファイルにより再現した。しかしながら、40Aの空間スケールに対応する構造を十分には再現できなかった。更に、この高純度のGSJ溶液に対し深海環境下での挙動を模倣するために茨城県東海村の研究用原子炉JRR-3に設置されている中性子小角散乱装置SANS-Uを用いて高圧下でのGSJの構造変化を調べた。大気圧下においてはX線小角散乱測定から観測された回転二乗半径とほぼ一致したが、100MPaの圧力印加環境下では回転二乗半径が大気圧下と比較して倍程度もの増大が観測された。即ち、高圧環境下においてはGSJの圧力誘起による変性が実験的に観測されたことを示す。この圧力誘起による回転二乗半径の起源を、全原子分子動力学計算により解明を試みた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の実施予定項目に、専用の溶液高圧セルシステムを製作し研究代表者の研究室に設置されているX線小角散乱装置を用いて高圧下におけるGSJのオスモライト非添加及び添加系における詳細な溶液構造変化を調べることがあった。しかしながら、コロナ禍の影響による部品入手が困難となり高圧印加装置の一部の部品の2022年度内での納品が困難となったためセルシステムを完成することができず上記項目の実施は延期とした。納入業者との打ち合わせにより、2023年度の早い段階でのX線小角散乱装置に適した高圧印加装置の納入が可能とのことなのでセルシステムを完成させこの項目の実施予定である。今年度の代替研究として、中性子散乱を用いた溶液高圧実験を、東大物性研所有の高圧セルをタンパク質溶液実験用に調整し、GSJの高圧下での構造についての予備実験を行う事ができた。一方、所属実験室での高圧X線実験が行えなった代わりに、試料調製における発現条件の改良も進め高純度での試料調製を実現し、その試料を用いて豪圧下でのGSJ溶液構造測定を行った。更に、分子動力学計算を進め、常圧・高圧下でのGSJの構造変化の特徴解明を一層進めることができた。
以上より、想定外の事態もあり予定通り進まなかった項目もあるが、その分は他の項目を進展させることにより、課題全体としては「おおむね順調に進展している」と言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である2023年度においては、高圧印加装置をX線小角散乱装置へ導入することでGSJのびオスモライト非添加及び添加系における詳細な構造変化を調べる。更に、全原子分子動力学計算の力場を最適化することにより大気圧下及び100MPa下でのGSJの構造変化の起源をオスモライト非添加及び添加系において明らかにする。更に、中性子小角散乱と重水素化オスモライトと重水の使用により水和状態が高圧印加によりどのような変化が観測されるかをも調べる。
|
Report
(2 results)
Research Products
(1 results)
