Determination of single hemoglobin dynamics with x-rays

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00324
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: SASAKI YUJI 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30344401)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 関口 博史 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (00401563) ; 柴山 修哉 自治医科大学, 医学部, 教授 (20196439)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: アロステリック効果 / へモグロビン / タンパク質1分子動態

Outline of Final Research Achievements

The allosteric phenomenon of tetrameric hemoglobin Hb is a fundamental principle and the largest unexplored phenomenon in protein science: the strong allosteric effect of Hb and the accompanying large-scale higher-order conformational changes are considered the underlying mechanism. We have been partially successful for seven years in directly observing the single-molecule dynamics of the Hb allosteric transition using X-ray single-molecule tracking (Diffracted X-ray Tracking: DXT), a unique time-resolved single-molecule measurement method using X-rays, which is uniquely applicable to single-molecule measurements of the internal dynamics of Hb molecules. In the present study, the data were concentrated on CO photolysis photoexcitation DXT. As a result, rotational motions in the χ direction of 15-30 degrees after laser irradiation were identified for the first time in the world.

Free Research Field

タンパク質１分子計測

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Hbのアロステリック効果に伴う分子内部回転運動のマイクロ秒１分子内部動態観察に成功した。世界初である。検出された予想以上にかなり複雑な分子内部構造変化の観察から、未だ根強く信じられてきた蛋白質分子アロステリーに対する単純過ぎる２状態モデルは完全に否定された。解析途中であるが、より詳細な構造変化が隠されていることも分かってきた。また、この１分子内部動態観察の成功により、他のアロステリック現象を伴うタンパク質分子も観察できることが分かった。もし最近成功している細胞を用いたDXT測定に適応すれば、より詳細なアロステリック効果を理解することができるだろう。素晴らしい研究成果である。論文化を急ぎたい。