光感受性化学構造をもつ金属蛋白質のX線自由電子レーザーを用いた常温無損傷構造解析

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18487
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 溝端 栄一 大阪大学, 工学研究科, 講師 (90571183)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 自由電子レーザー / 常温無損傷構造 / プロトン共役電子移動 / 窒素代謝 / 生物無機化学 / SACLA

Outline of Annual Research Achievements

金属蛋白質の真の酸化型構造を知ることは、長い間、不可能とされてきた。構造解明に必要なX線照射にともなう放射線損傷により、金属中心がきわめて迅速に還元され、構造変化を誘起してしまうためである。しかし近年、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）を用いた新しい解析手法、連続フェムト秒結晶構造解析（SFX）の登場によって、常温状態かつ放射線損傷の無い状態（常温無損傷構造）の解明が可能になりつつある。10フェムト秒以下のXFELの極短パルス光を用いると、放射線損傷で構造変化が誘起されるよりも早く、構造情報を記録して観察することができるためである。
平成２８年度は、X線自由電子レーザー（XFEL）施設SACLAを利用して、銅含有亜硝酸還元酵素の時分割SFXに向けた条件検討を進めた。また、ミオグロビンおよび改変ミオグロビンのSFX構造の精密化を行った。
また、光感受性原子であるヨウ素を含む界面活性剤を合成し、SFXでタンパク質構造の位相を決定する手法の開発を行い学術論文に報告した（Nakane et al & Mizohata, PNAS, 2016）。この結果を昨年度報告した亜硝酸還元酵素の位相決定データと比較し、SFXによる位相決定法の最適化に関する検討を行った。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

亜硝酸還元酵素およびミオグロビンの研究は順調に進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

ミオグロビンのSFXデータの論文化を進める予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Konstanz(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: University of Konstanz
• [Int'l Joint Research] University of British Columbia(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: University of British Columbia
• [Journal Article] Membrane protein structure determination by SAD, SIR, or SIRAS phasing in serial femtosecond crystallography using an iododetergent (2016)
  • Author(s): Nakane et al & Mizohata
  • Journal Title: PNAS Volume: 113 Pages: 13039-13044
  • DOI: 10.1073/pnas.1602531113
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Proteins in Serial Femtosecond Crystallography (2016)
  • Author(s): Eiichi Mizohata
  • Organizer: 14th Conference of the Asian Crystallographic Association
  • Place of Presentation: ハノイ、ベトナム
  • Year and Date: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] SACLAが解明した銅含有亜硝酸還元酵素の常温無損傷構造 (2016)
  • Author(s): 溝端栄一
  • 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）
  • Year and Date: 2016-06-07 – 2016-06-09
  • Invited
• [Presentation] SACLAが拓く構造生物学の新時代 (2016)
  • Author(s): 溝端栄一
  • Organizer: LSBM Symposium 2016, "超分子構造の計算科学"
  • Place of Presentation: 東京大学先端科学技術研究センター（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2016-05-12
  • Invited
• [Remarks] タンパク質の形を迅速に決定する手法で拓く、タンパク質構造ダイナミクス研究の新時代
  • URL: https://academist-cf.com/journal/?p=2958
• [Remarks] 膜タンパク質の構造を迅速に解明する手法を開発！ －新薬の設計を SACLA の新技術で加速
  • URL: http://www.eng.osaka-u.ac.jp/ja/dat/news/1477546358_1.pdf
• [Patent(Industrial Property Rights)] 重原子化化合物、膜タンパク質の結晶化を促進するための組成物、および該組成物を用いた膜タンパク質の構造解析方法 (2017)
  • Inventor(s): 杉山, 花島, 溝端栄一, 村田, 井上, 斎木, 島田, 松森
  • Industrial Property Rights Holder: 杉山, 花島, 溝端栄一, 村田, 井上, 斎木, 島田, 松森
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: PCT/JP2017/007540
  • Filing Date: 2017-02-27
  • Overseas