2021 Fiscal Year Research-status Report
Time-resolved XFEL crystallography for DNA photolyase
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21K06042
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
別所 義隆 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 客員研究員 (70242815)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | DNAフォトリアーゼ / ピリミジン二量体 / 光回復酵素 / XFEL / 時分割結晶構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNAフォトリアーゼは、紫外線曝露により生じるDNAピリミジン二量体の損傷を修復する酵素である。その反応には可視の青色光のエネルギーを必要としており、光回復酵素として知られている。この研究では、この酵素の光修復反応において、酵素と基質DNAの間で起こる分子間反応のダイナミクスを、構造化学的に明らかにすることを目的とする。我々は、古細菌Methanosarcina mazeiのクラスII-CPDフォトリアーゼ（MmCPDII）をターゲット酵素に選定した。この酵素は、高分解能のＸ線結晶構造が既に報告されており、また分光学的特徴もよく知られており、この研究に最適な材料である。今年度、XFEL実験で使用する液体ジェット噴出装置の規格に合うように、MmCPDIIと損傷DNA複合体のマイクロ結晶を作成する条件を検討した。結晶化のタンパク質濃度と温度条件を最適化することにより、50μmサイズの結晶を大量に作成することに成功した。この結晶を用いて、SACLAのXFELと同じビームサイズのＸ線を作り出せるSPring-8マイクロフォーカスビームラインBL32XUにて照射実験を行い、マイクロ結晶からも高分解能のＸ線回折が得られることを確認した。次に、液体ジェット噴出装置にて適切な速度で結晶を送り出せるように充填剤の検討を行った。BL32XUビームラインにて回折の減衰を調べたところ、「グリース」がこの結晶における最適な充填剤であることが見出された。この条件でMmCPDIIと損傷DNA複合体のマイクロ結晶を再度準備し、SACLAのBL2ビームラインにて液体ジェット装置から噴出させXFELを照射した。結果、マイクロ結晶からの回折データ取得に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
古細菌Methanosarcina mazeiのクラスII-CPDフォトリアーゼ（MmCPDII）と損傷DNA複合体のマイクロ結晶を効率よく作成する条件を見出した。結晶に混ぜる充填剤を最適化し、SACLA施設にてXFELビーム照射によるＸ線回折データ取得に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
DNAフォトリアーゼ・損傷DNA複合体のマイクロ結晶の作成条件を最適化し、SACLAのXFELビームで構造解析に適した回折データセット取得を目指す。従来のＸ線では分からなかった放射線損傷のない正確な結晶構造を解明し、更には時分割測定により光修復反応のダイナミクスを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
理由：既存の機材や実験材料を使用して効率よく研究を進めた。研究課題は計画通り進んでいる。
使用計画：研究課題が当初の計画以上に進展するように、次年度使用額を効率よく使用する。
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