2018 Fiscal Year Research-status Report
Evaluation of protein crystal defects in real and reciprocal space by in situ observation
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18K14134
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山崎 智也 北海道大学, 低温科学研究所, 特別研究員(PD) (50735032)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | タンパク質結晶 / 結晶欠陥 / “その場”観察 / 透過型電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶中に導入される欠陥を制御することは、結晶の品質を向上するための基礎である。高品質なタンパク質結晶は、Ｘ線などを用いた分子の立体構造解析に用いられるが、これを育成することは非常に困難である。本研究では、透過型電子顕微鏡(ＴＥＭ)を用いたタンパク質結晶の欠陥の“その場”観察を行うことから、タンパク質結晶の品質低下に繋がる欠陥の生成メカニズムを明らかにすることを目指す。
本年度は液中観察専用ホルダーとＴＥＭを用いて“その場”観察を行った。このホルダーは溶液とＴＥＭの真空環境を隔離した状態で保てる溶液セルを備えている。ここにリゾチームタンパク質の結晶化溶液を入れて観察を行った。
観察では、サブミクロンからミクロンサイズの正方晶と直方晶のリゾチーム結晶が観察された。それぞれの結晶中には、周りと比べて電子が透過しやすくなったために生じるコントラストが観察された。これは、空隙（ボイド）と考えられ、大きさが数十ナノメートル（リゾチーム分子の大きさは約３ナノメートル）であり、空孔（結晶中の１分子が抜けた箇所）が集まって形成されたと考えられる。また、このようなボイドが生成する瞬間を捉えることに成功した。加えて動く様子や、消失する瞬間も捉えている。また、これらの結晶中には、ブロック状に回折コントラストが生成し、これらが動く様子が観察された。このようなコントラストは、結晶がいくつかのブロックで構成され、これらのブロックの結晶学的方位がわずかにずれることで生成されたと考えられる。タンパク質結晶において、このような結晶欠陥の動的な挙動が直接捉えられた例はこれまでにない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
リゾチームタンパク質結晶中に生成するＴＥＭのコントラストから、このコントラストを生成する結晶欠陥を同定した。また、結晶欠陥が生成する瞬間をリアルタイムで捉えることに成功した。これは当初の計画のとおりである。さらに、ボイドが消失する様子、ブロック状の回折コントラストが動く様子も捉えることに成功した。これらの成果は、タンパク質結晶に生成する欠陥に対する理解をさらに深めることが期待できる。そのため、当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本手法で観察される、サブミクロンからミクロンサイズの正方晶と直方晶のリゾチーム結晶中に生成する欠陥の同定ができたため、今後はこれらの欠陥が生成した結晶の電子回折像をとることを中心に実験を進めていく。これらの電子回折像を取得することで、回折点の質や回折パターンの乱れを調べる予定である。また、結晶欠陥の動的な挙動を“その場”観察することに成功したため、これを解析し、欠陥の生成条件などを調べていく予定である。
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