Development of fixed target micro-crystallography dedicated to structural dynamics study

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Non-equilibrium-state molecular movies and their applications
• Project/Area Number: 19H05783
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 山本 雅貴 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 部門長 (60241254)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 熊坂 崇 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 構造生物学推進室, 室長 (30291066)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Keywords: X線結晶構造解析 / 構造ダイナミクス / 放射光

Outline of Annual Research Achievements

真空カメラおよびin-situ測定系について装置製作と動作検証を行い、改善点を洗い出した。
真空カメラ：真空カメラ：2022年度に課題として残された真空下での入射光学系の最終調整に必要な機器の導入、調整法の検討を進め、100 Pa台の減圧下、フラックス1.2 x 10^11 photons毎秒のX線を膜厚100 nmの窒化シリコンに照射した時、検出器の有効面積の大部分で散乱X線の計数が０もしくは１を実現した(有効面積の84.6(4)%が0カウント、14.0(4)%が1カウント、1.3(1)%が2カウント)。また、本装置で得られたニワトリ卵白由来リゾチーム微結晶の回折強度データは、2015年以降にPDBに登録された同等の分解能の回折強度データの中でも、構造精密化のRやRfreeの小ささにおいて良好であった。
in-situ測定系：前年度に引き続いて開発を進めた高温対応調湿装置は70℃付近までの調湿を実現し、共同研究も含めて各種試料での測定を行った。これによりタンパク質構造や水和構造の変化を検出した。SPring-8/BL41XUで整備するrtHAG法とSS-ROX法を組み合わせた微小結晶の室温測定法では、励起レーザーを照射するための光学系やタイミング制御系を整備し、インジェクターベースのシリアル法により光受容タンパク質のデータ測定をおこない構造を得ることに成功した。また、調湿測定に適した結晶化法の開発では設計した足場タンパク質を複数組み合わせた分子を調製し、濃度依存的な会合形成と沈殿形成を確認した。さらに金属配位に伴って構造が変化するペプチドの設計に成功し、その評価を進めた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural‐Functional Correlations between Unique N‐terminal Region and C‐terminal Conserved Motif in Short‐chain <i>cis</i>‐Prenyltransferase from Tomato (2024)
  • Author(s): Imaizumi Riki、Matsuura Hiroaki、Yanai Taro、Takeshita Kohei、Misawa Shuto、Yamaguchi Haruhiko、Sakai Naoki、Miyagi‐Inoue Yukino、Suenaga‐Hiromori Miki、Waki Toshiyuki、Kataoka Kunishige、Nakayama Toru、Yamamoto Masaki、Takahashi Seiji、Yamashita Satoshi
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 25 Pages: e202300796
  • DOI: 10.1002/cbic.202300796
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The structure of the rat vitamin B12 transporter TC and its complex with glutathionylcobalamin (2024)
  • Author(s): Bokhove Marcel、Kawamura Takashi、Okumura Hideo、Goto Sawako、Kawano Yoshiaki、Werner Stefan、Jarczowski Franziska、Klimyuk Victor、Saito Akihiko、Kumasaka Takashi
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 300 Pages: 107289～107289
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2024.107289
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Elucidating polymorphs of crystal structures by intensity-based hierarchical clustering analysis of multiple diffraction data sets (2023)
  • Author(s): Matsuura Hiroaki、Sakai Naoki、Toma-Fukai Sachiko、Muraki Norifumi、Hayama Koki、Kamikubo Hironari、Aono Shigetoshi、Kawano Yoshiaki、Yamamoto Masaki、Hirata Kunio
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section D Structural Biology Volume: 79 Pages: 909～924
  • DOI: 10.1107/S2059798323007039
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Catalytic mechanism of the zinc-dependent MutL endonuclease reaction (2023)
  • Author(s): Fukui Kenji、Yamamoto Tatsuya、Murakawa Takeshi、Baba Seiki、Kumasaka Takashi、Yano Takato
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: 6 Pages: e202302001
  • DOI: 10.26508/lsa.202302001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] タンパク質Ｘ線結晶構造解析におけるビッグデータ化と構造生物学における新たな展開 (2023)
  • Author(s): 松浦滉明, 坂井直樹, 河野能顕, 山本雅貴, 平田邦生
  • Journal Title: 放射光 Volume: 36 Pages: 232～242
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural insights into a bacterial β-glucosidase capable of degrading sesaminol triglucoside to produce sesaminol: toward the understanding of the aglycone recognition mechanism by the C-terminal lid domain (2023)
  • Author(s): Yanai Taro、Takahashi Yukino、Katsumura Eri、Sakai Naoki、Takeshita Kohei、Imaizumi Riki、Matsuura Hiroaki、Hongo Shuntaro、Waki Toshiyuki、Takahashi Seiji、Yamamoto Masaki、Kataoka Kunishige、Nakayama Toru、Yamashita Satoshi
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 174 Pages: 335～344
  • DOI: 10.1093/jb/mvad048
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 極微小結晶からの高感度計測のための真空回折計の開発 (2024)
  • Author(s): 松浦滉明, 吾郷日出夫, 小林周, 上野剛, 平田邦生, 鈴木明大, 山本雅貴
  • Organizer: 第37回日本放射光学会年会
• [Presentation] 化合物スクリーニングに向けたマイクロ流路デバイスの開発 (2024)
  • Author(s): 上野剛, 小林ことり, 真栄城正寿, 西岡晶子, 坂井直樹, 河村高志, 松浦滉明, 竹下浩平, 吾郷日出夫, 熊坂崇, 山本雅貴
  • Organizer: 第37回日本放射光学会年会
• [Presentation] HAG法を用いた調温調湿環境でのタンパク質結晶構造解析手法の開発 (2024)
  • Author(s): 馬場清喜, 入江崇起, 小林俊幸, 坂井直樹, 河野能顕, 奥村英夫, 河村高志, 水野伸宏, 長谷川和也, 山本雅貴, 熊坂崇
  • Organizer: 第37回日本放射光学会年会
• [Presentation] SPring-8 BL41XUにおける時分割構造解析環境の構築 (2024)
  • Author(s): 矢野直峰, 馬場清喜，奥村英夫, 河村高志, 村上博則, 増永拓也, Nuemket Nipawan, Jungmin Kang, 保坂俊彰, 長谷川和也, 山本雅貴, 南後恵理子, 熊坂崇
  • Organizer: 第37回日本放射光学会年会
• [Presentation] 理研構造ゲノムビームラインIの現状 (2024)
  • Author(s): 奥村英夫, 上野剛，河村高志, 馬場清喜, 仲村勇樹, 村上博則, 水野伸宏, 増永拓也, 坂井直樹, 山本雅貴, 熊坂崇
  • Organizer: 第37回日本放射光学会年会
• [Presentation] 生体高分子結晶解析IビームラインBL41XUの現状 (2024)
  • Author(s): 馬場清喜, 長谷川和也, 矢野直峰, 村上博則, 増永拓也, 奥村英夫, 坂井直樹, 水野伸宏, 仲村勇樹, 河村高志, 平田邦生, 上野剛，山本雅貴, 熊坂崇
  • Organizer: 第37回日本放射光学会年会
• [Presentation] 生体高分子結晶解析IビームラインBL45XUの現状 (2024)
  • Author(s): 水野伸宏, 馬場清喜, 仲村勇樹, 長谷川和也, 坂井直樹, 村上博則, 増永拓也, 奥村英夫, 平田邦生, 河野能顕, 松浦滉明, 上野剛, 山本雅貴, 熊坂崇
  • Organizer: 第37回日本放射光学会年会
• [Presentation] 多数の結晶を利用したタンパク質の構造多型解析 (2024)
  • Author(s): 松浦滉明, 平田邦生, 坂井直樹, 河野能顕, 山本雅貴
  • Organizer: 第37回日本放射光学会年会
• [Presentation] Development of an in-vacuum diffractometer for protein micro-crystallography (2023)
  • Author(s): Matsuura H, Ago H, Kobayashi A, Ueno G, Hirata K, Suzuki A, Yamamoto M.
  • Organizer: Molecular Movie International Symposium 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 極微小結晶からの構造解析に向けた真空回折計の開発 (2023)
  • Author(s): 松浦滉明, 吾郷日出夫, 上野剛, 平田邦生, 鈴木明大, 山本雅貴
  • Organizer: 日本結晶学会令和５年度年会
• [Presentation] 室温構造解析・時分割構造解析にむけたSPring-8構造生物学ビームラインの高度化 (2023)
  • Author(s): 矢野直峰, 馬場清喜，奥村英夫, 河村高志, 村上博則, 増永拓也, Nuemket Nipawan, Jungmin Kang, 保坂俊彰, 長谷川和也, 山本雅貴, 南後恵理子, 熊坂崇
  • Organizer: 日本結晶学会令和５年度年会
• [Presentation] 多様な構造を捉えるためのＸ線回折データ分類手法の検討 (2023)
  • Author(s): 松浦滉明, 坂井直樹, 藤間祥子, 中津亨, 船橋俊也, 長谷川和也, 平田邦生, 河野能顕, 山本雅貴
  • Organizer: 第35回生物無機化学夏季セミナー
  • Invited
• [Presentation] Elucidating structural polymorphs from multiple diffraction datasets using hierarchical clustering (2023)
  • Author(s): Matsuura H.
  • Organizer: Dynamic Crystallography - XFELs and Synchrotrons to study enzyme reactions
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of a new microfluidic device aiming at ligand screening with protein crystallography (2023)
  • Author(s): Ueno G, Kobayashi K, Maeki M, Sakai N, Matsuura H, Kawamura T, Kumasaka T, Yamamoto M.
  • Organizer: Twenty-Sixth Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Power Generation in HierarchicalAlkaline Hydrothermal Vents (2023)
  • Author(s): Lee H-E, Okumura T, Ooka H, Adachi K, Hikima T, Hirata K, Kawano Y, Matsuura H, Yamamoto Masaki, Yamamoto Masahiro, Yamaguchi A, Lee J-E, Nam K T, Ohara Y, Hashizume D, McGlynn S, Nakamura R.
  • Organizer: Water-Rock Interaction WRI17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大量の回折データを利用した構造多型解析法の高度化の現状 (2023)
  • Author(s): 松浦滉明, 平田邦生, 中山楓, 坂井直樹, 河村高志, 熊坂崇, 河野能顕, 山本雅貴.
  • Organizer: 第23回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 室温構造解析・時分割構造解析に向けた SPring-8 構造生物学ビームラインの高度化 (2023)
  • Author(s): 馬場清喜, 奥村英夫, 河村高志, 村上博則, 増永拓也, 長谷川和也, 山本雅貴, 熊坂崇
  • Organizer: 第23回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 多数の結晶から得られたXRDデータの分類と構造多型解析 (2023)
  • Author(s): 松浦滉明, 坂井直樹, 中山楓, 河野能顕, 平田邦生, 山本雅貴
  • Organizer: 令和５年度新学術領域「高速分子動画」シンポジウム
• [Presentation] 構造ダイナミクス解明に向けたX線結晶構造解析の新たな展開 (2023)
  • Author(s): 松浦滉明
  • Organizer: 遺伝研研究会
  • Invited