分子スイッチ能を有する毒素を利用した新規なセシウムイオン捕捉剤の作製

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K14048
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 北所 健悟 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 准教授 (60283587)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 毒素 / セシウム結合タンパク質 / X線構造解析 / XAFS

Outline of Annual Research Achievements

放射性セシウムの効率的な除去は急務な課題である。タンパク質がセシウムイオンと結合する性質を利用した除去剤の開発例は未だにない。申請者が構造解析したウエルシュ菌毒素（CPE）の構造は、３量体の中心に２つの金属イオン結合部位を持つ。立体構造解明により、３量体の分子中央に負の電荷をもつグルタミン酸が３個ずつ集まってできたグルタミン酸クラスターが２つあることを見出した。このクラスターに金属イオンがそれぞれ配位することがわかった。本研究では、この毒素の特徴を利用して、セシウムイオンを捕捉する分子ピンセットの作製を目的とする。
今年度は数種類のウエルシュ菌毒素の作成を行い、精製結晶化を行った。また得られた結晶にセシウムイオンをソーキングしてセシウム複合体のX線構造解析に成功した。またX線吸収微細構造(XAFS)の手法を用いて、セシウムの吸収端である0.35オングストローム付近でのXAFSを測定した。SPring-8のBL41XU並びにBL44XUで構造決定を行った。
データ測定の結果、いずれの変異体CPEにおいても約2.3 オングストローム 分解能の回折データを収集出来た。今回、CPE-E94D(不活型含む)及びCPE-D48A-E110D(不活型のみ)については、結晶構造解析ならびにXAFS解析の両方でセシウムの結合を確認できた。XAFS解析のedge 部分を挟んで左のpeak側と右のremote側の両側の波長で、回折データ測定をした結果、peak側でセシウムの異常分散ピークを確認でき、remote側で異常分散ピークが消えていることから、結合しているものがセシウムであると確認できた。また、クラスター部分のアミノ酸が結合する金属イオンが、変異体の種類によって変化する可能性があることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

合計９種類のCPE変異体を作成し、精製結晶化を行った結果、全ての変異体について結晶を得ることに成功している。
このうち、２種類の変異体についてはセシウムの結合を確認することができたため。

Strategy for Future Research Activity

今後はすべての結晶についてXAFSとX線構造解析を行う予定である。
また透析ボタン法で結晶を作成し、その結晶にセシウムを取り込ませることができるかどうかの評価を行う。
セシウムとより結合状態が強い変異体を選び、評価を行う予定である。