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2012 Fiscal Year Annual Research Report

タンパク質-配位子相互作用の光反応過程直接観測

Research Project

Project/Area Number 11J10227
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

富田 文菜  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別研究員(PD)

Keywordsヘモグロビン / X線結晶構造解析 / 配位子輸送 / 光解離 / 時間分解測定 / 一酸化炭素 / 動的構造 / 構造生物学
Research Abstract

平成24年度は、23年度に引き続き、一酸化炭素結合型ヘモグロビンの分子変形過程を明らかにするため、ヘモグロビン(Hb)と配位子(一酸化炭素、CO)の複合体単結晶を作製し、放射光施設でのX線回折実験を行った。
昨年度までは、ヒト成人型ヘモグロビン(HbA)、ヒト成人型ヘモグロビンの天然変異型であるヘモグロビンC(HbC)について、配位子解離に伴う構造変化の過程を観測したが、今年度はヘモグロビンにアロステリックエフェクターを付加した試料についても同様の測定を行った。アロステリックエフェクターを付加することにより、ヘモグロビンの酸素親和性が変化し、より構造変化の起こりやすい状態で測定を行うことが可能である。アロステリックエフェクターを付加した一酸化炭素結合型ヘモグロビン単結晶の作製は、自治医科大学の生物物理学部門の研究室の設備を使用して行った。高エネルギー加速器研究機構の放射光科学研究施設Photon Factory-Advanced Ring(PF-AR)のビームラインNW14Aにて、試料を140K程度の低温に保ち、15kHzの高繰り返しレーザーを照射して、配位子の光解離の過程を観測した。その結果、HbA、HbC同様に、アロステリックエフェクターを付加したHbでも、時間とともに光解離した配位子がヘモグロビン分子内部の空洞にトラップされる様子が観測された。さらに、アロステリックエフェクターを付加したHbでは芳香族アミノ酸残基のシフトが大きく観測され、ヘモグロビンの分子変形過程の詳細を観測することができた。
また、低温条件下での単色X線回折測定だけでなく、白色X線を用いた室温付近でのタンパク質-配位子相互作用のダイナミクス観測についても、実験を試みた。こちらはX線とレーザーを10Hzで同期し、ポンプ・プローブ実験を行った。室温での実験に関しては、今後実験条件のさらなる検討が必要であるように思われる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ヒト成人型ヘモグロビン(HbA)、ヒト成人型ヘモグロビンの天然変異型であるヘモグロビンC(HbC)、アロステリックエフェクターを付加したヘモグロビンについて、低温状態で光照射下でのX線結晶構造解析を行う事ができ、当初の研究計画に対してはおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

今後、低温下の実験で得られた成果を論文としてまとめ、発表することが第一に求められる。
また、ヘモグロビンの配位子解離に伴う構造変化について、室温付近においても原子レベルで観測できるよう、進めていく予定である。室温での測定は、低温での中間状態のトラップとは測定方法が本質的に異なり、高度な技術や工夫が必要となることが予想されるが、昨年参加したワークショップで得た情報等を用いて実験を試みたい。

  • Research Products

    (3 results)

All 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Ligand migration in myoglobin : A combined study of computer simulation and x-ray crystallography2012

    • Author(s)
      Takayuki Tsuduki, Ayana Tomita, Shin-ya Koshihara, Shin-ichi Adachi, Takahisa Yamato
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 136 Pages: 165101-1-9

    • DOI

      10.1063/1.4704586

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coordination and Electronic Structure of Ruthenium(II)-tris-2,2'-bipyridine in the Triplet Metal-to-Ligand Charge-Transfer Excited State Observed by Picosecond Time-Resolved Ru K-Edge XAFS2012

    • Author(s)
      Tokushi Sato, Shunsuke Nozawa, Ayana Tomita, Manabu Hoshino, Shin-ya Koshihara, Hiroshi Fujii, Shin-ichi Adachi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 116 Pages: 14232-14236

    • DOI

      10.1021/jp3038285

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ミオグロビンとヘモグロビンの配位子光解離に伴う分子変形過程2012

    • Author(s)
      富田文菜
    • Organizer
      第63回結晶化学研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(招待講演)
    • Year and Date
      2012-12-22

URL: 

Published: 2014-07-16  

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