2013 Fiscal Year Annual Research Report
植物環境感覚を支える機能性分子・粒子のＸ線構造解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Environmental sensing of plants: Signal perception, processing and cellular responses |
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| Project/Area Number |
25120725
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
中迫 雅由 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30227764)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 植物光受容蛋白質 / オルガネラ / Ｘ線結晶構造解析 / Ｘ線小角散乱 / コヒーレントＸ線回折イメージング / Ｘ線自由電子レーザー |
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| Research Abstract |
本研究は、２つの空間階層でのＸ線構造解析を展開し、植物の環境感覚応答研究に貢献することを目指す。分子レベルにおいて、植物光受容蛋白質のドメインやフラグメントの立体構造を結晶構造解析や小角散乱（SAXS）を通じて明らかにする。また、結晶化が原理的に不可能な細胞内オルガネラ等について、コヒーレントＸ線回折イメージング（CXDI）を適用し、植物環境感覚応答が細胞内でどのような変化をもたらしうるのかを光学顕微鏡よりも高い解像度で明らかにすることを目的としている。
平成25年度は、クラミドモナス(Cr) phot全長とLOV2-kinase、シロイヌナズナ(At) phot1のLOV2-kinaseについてSAXS実験を実施し、Cr phot全長とL2LK、At phot1のL2LKについては解析が完了し、既にAt phot2 L2LKで推測された構造変化が、これらでも生じていることが明らかとなった。At phot2全長についてもSAXS実験を行った。また、赤色光受容体蛋白質At phytochrome B発色団ドメインの結晶化を試みている。
SACLA低温CXDI実験では、500 nmの小角分解能を実現し、1200 nmを超えるサイズの粒子の電子密度像回復が可能となった。さらに、短時間のうちに取得される膨大な回折パターンを円滑かつ高効率な実験・解析のためのソフトウエアを開発した。これらの応用として、短時間に膨大な回折パターンが収集可能なSACLAの優位性を活かし、回折データからサブミクロン材料粒子の粒度分布と構造を複合的に解析した。シゾン葉緑体、酵母核、磁性細菌やアミロイドなどの生体粒子について、低温CXDI実験を実施し、十分な強度で記録された回折パターンでは30-50 nm程度の分解能で投影電子密度図を再構成できるようになった。
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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
いずれの空間階層でも、構造解析が順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、植物光受容蛋白質の構造解析では結晶化を推進し、結晶が得られれば、実験室やSPring-8でのＸ線回折実験によって立体構造を明らかにしたい。CXDIでは、より多くの良質な回折パターンを得て、生体粒子三次元再構成の可能性を探りたい。
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[Journal Article] Light-induced conformational changes of LOV (Light Oxygen Voltage-sensing domain) 1 and LOV2 relative to the kinase domain and regulation of kinase activity in Chlamydomonas phototropin2014
Author(s)
K. Okajima, Y. Aihara, Y. Takayama, M. Nakajima, S. Kashojiya, T. Hikima, T. Oroguchi, A. Kobayashi, Y. Sekiguchi, M. Yamamoto, T. Suzuki, A. Nagatani, M. Nakasako and S. Tokutomi
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Journal Title
Journal of Biological Chemistry
Volume: 289
Pages: 413-422
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] KOTOBUKI-1 apparatus for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging2013
Author(s)
M. Nakasako, Y. Takayama, T. Oroguchi, Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, K. Shirahama, M. Yamamoto*, T. Hikima, K. Yonekura, S. Maki-Yonekura, Y. Kohmura, Y. Inubushi, Y. Takahashi*, A. Suzuki, S. Matsunaga, Y. Inui, K. Tono, T. Kameshima, Y. Joti, and T. Hoshi
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 84
Pages: 093705-16
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Cryogenic CXDI experiments for non-crystalline particles using KOTOBUKI-1 apparatus at SACLA: the present status and future plan
Author(s)
M. Nakasako, Y. Takayama, T. Oroguchi, Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, K. Shirahama, M. Yamamoto, T. Hikima, K. Yonekura, S. Maki-Yonekura, Y. Kohmura, Y. Inubushi, Y. Takahashi, A. Suzuki, S. Matsunaga, Y. Inui, Y. Ichikawa, H. Kurumizaka, K. Tono, T. Kameshima, Y. Joti, T. Hoshi
Organizer
6-th Workshop on FEL Science
Place of Presentation
Tainan, Taiwan
Invited
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[Presentation] Coherent X-ray diffraction imaging of non-crystalline particles with sub-micrometer dimensions
Author(s)
M. Nakasako, Y. Takayama, T. Oroguchi, Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, K. Shirahama, M. Yamamoto, T. Hikima, K. Yonekura, S. Maki-Yonekura, Y. Kohmura, Y. Inubushi, Y. Takahashi, A. Suzuki, S. Matsunaga, Y. Inui, Y. Ichikawa, H. Kurumizaka, K. Tono, T. Kameshima, Y. Joti, T. Hoshi
Organizer
Modeling biomolecular systems in cellular environment
Place of Presentation
Kyoto, Japan
Invited
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[Presentation] KOTOBUKI-1 apparatus for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging at SPring-8 and SACLA
Author(s)
M. Nakasako, Y. Takayama, T. Oroguchi, Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, K. Shirahama, M. Yamamoto, T. Hikima, K. Yonekura, S. Maki-Yonekura, Y. Kohmura, Y. Inubushi, Y. Takahashi, A. Suzuki, S. Matsunaga, Y. Inui, K. Tono, T. Kameshima, Y. Joti, T. Hoshi
Organizer
The 7-th Asia Oceania Forum for Synchrotron Radiation Research
Place of Presentation
Himeji, Japan
Invited
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[Presentation] Humidity-controlled preparation of frozen-hydtrated biological samples for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging using XFEL
Author(s)
高山裕貴, 中迫雅由, 苙口友隆, 関口優希, 小林周, 山本雅貴, 米倉功治, 引間孝明, 眞木さおり,高橋幸生, 鈴木明大, 松永幸大, 乾弥生, 加藤翔一, 星 貴彦
Organizer
第５１回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
京都
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