電子線結晶構造解析によるクーロンポテンシャルの可視化

• 研究課題/領域番号: 24657111
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 米倉 功治 独立行政法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 准主任研究員 (50346144)
• 研究分担者: 眞木 さおり 独立行政法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 研究員 (20513386)
• 連携研究者: 豊島 近 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (70172210)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2012年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 構造生物学 / 結晶構造解析 / 電子顕微鏡 / 膜蛋白質 / 超分子複合体 / Ca2+-ATPase / カタラーゼ

研究成果の概要

X線回折が利用できない微小な薄い三次元の蛋白質結晶から、電子線結晶構造解析により構造決定を行う新しい技術を開発した。電子線は負の電荷を持ち、同じ原子でも電荷を持ったものと中性のもので、その散乱のされ方は大きく異なる。開発した技術を用いて、膜蛋白質等の薄い結晶から機能部位のイオンやアミノ酸等の荷電状態を可視化することに成功した。生体分子が機能を発揮する上で、機能部位の荷電状態は大きな影響を及ぼすため、本研究により、蛋白質のより詳細な作動原理の解明に繋がると期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Electron crystallography of ultrathin 3D protein crystals : Atomic models with charges (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Yonekura, K. Kato, M. Ogasawara, M. Tomita and C. Toyoshima
  • 雑誌名: Proc. Nat. Acad. Sci. USA 巻: 112 号: 11 ページ: 3368-3373
  • DOI: 10.1073/pnas.1500724112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signal-enhancement and Patterson-search phasing for high-spatial-resolution coherent X-ray diffraction imaging of biological objects (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Takayama, S. Maki-Yonekura, T. Oroguchi, M. Nakasako and K. Yonekura
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 8074-8074
  • DOI: 10.1038/srep08074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single shot three-dimensional imaging of high-index-faceted nanocrystals with femtosecond X-ray free electron laser pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Xu, H. Jiang, C. Song, Z. Huang, J. A. Rodriguez, C-C. Chen, D. Nam, J. Park, M. Gallagher-Jones, S. Kim, S. Kim, A. Suzuki, Y. Takayama, T. Oroguchi, Y. Takahashi, J. Fan, Y. Zou, T. Hatsui, Y. Inubushi, T. Kameshima, K. Yonekura et al.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 号: 1 ページ: 4061-4061
  • DOI: 10.1038/ncomms5061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] X線自由電子レーザーを用いた非結晶粒子のコヒーレントX 線回折イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由, 苙口友隆, 関口優希, 小林周, 橋本早紀, 白濱圭也, 山本雅貴, 高山裕貴, 米倉功治, 眞木さおり, 引間孝明, 高橋幸生, 鈴木明大, 松永幸大, 乾弥生, 登野健介, 亀島敬, 城地保昌, 犬伏雄一, 星貴彦
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 56 ページ: 27-35
  • NAID: 130003395580
• [雑誌論文] Post-transcriptional regulator Hfq binds catalase HPII: crystal structure of the complex (2013)
  • 著者名/発表者名: Yonekura, K., Watanabe, M., Kageyama, Y., Hirata, K., Yamamoto, M. and Maki-Yonekura, S.
  • 雑誌名: PLOS ONE (2013) 巻: 8 号: 11 ページ: e78216-e78216
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0078216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and activity of the RNA-targeting Type III-B CRISPR-Cas complex of Thermus thermophilus (2013)
  • 著者名/発表者名: Staals, R. H. J., Agari, Y., Maki-Yonekura, S., Zhu, Y., Taylor, D. W., van Duijn, E., Barendregt, A., Vlot, M., Koehorst, J. J., Sakamoto, K., Masuda, A., Dohmae, N., Schaap, P. J., Doudna, J. A., Heck, A. J. R., Yonekura, K., van der Oost, J. and Shinkai, A.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 52 号: 1 ページ: 135-145
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2013.09.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] KOTOBUKI-1 apparatus for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Nakasako, Yuki Takayama, Tomotaka Oroguchi, et al.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 84 号: 9 ページ: 93705-93705
  • DOI: 10.1063/1.4822123
  • 査読あり
• [雑誌論文] 低温電子顕微鏡法による蛋白質構造の可視化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治, 眞木さおり
  • 雑誌名: 感染 炎症 免疫 巻: 43 ページ: 307-312
• [雑誌論文] 非結晶粒子のコヒーレントＸ線回折イメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由、高山裕貴、苙口友隆、白濱圭也、関口優希、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、加藤翔一、星貴彦
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 40 ページ: 680-686
  • NAID: 10031004094
• [雑誌論文] X線自由電子レーザーを用いた非結晶粒子のコヒーレントX線回折イメージング実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由、高山裕貴、苙口友隆、白濱圭也、関口優希、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、加藤翔一、星貴彦
  • 雑誌名: 月刊OPTRONICS 巻: 31 ページ: 101-106
• [学会発表] 低温電子顕微鏡における三次元再構成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治
  • 学会等名: SACLAにおける低温Ｘ線回折イメージング実験の展開と標準化
  • 発表場所: 慶応大学 矢上キャンパス
  • 年月日: 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] 低温電子顕微鏡法による三次元結晶と単粒子構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治
  • 学会等名: 平成26年度「分子システム研究」研究報告会
  • 発表場所: 埼玉 和光
  • 年月日: 2015-02-24 – 2015-02-25
  • 招待講演
• [学会発表] 低温電子顕微鏡法によるタンパク質構造解析 “膜タンパク質及びタンパク質複合体への応用” (2014)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治
  • 学会等名: 理研－武田WS「インシリコ技術による効率的な創薬手法の開発」 ～ タンパク質構造解析の最前線 ～
  • 発表場所: 武田薬品工業(株) 湘南研究所
  • 年月日: 2014-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] Electron Crystallography of Thin Protein Crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Koji Yonekura
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会 「生化学研究における電子顕微鏡技術の最前線」 The cutting edge of electron microscopy for the field of biochemistry
  • 発表場所: 京都府 京都国際会館
  • 年月日: 2014-10-16
  • 招待講演
• [学会発表] Electron Crystallography of 3D Protein Crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Koji Yonekura
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Three Dimensional Electron Microscopy
  • 発表場所: Girona, Spain
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-27
• [学会発表] Electron Crystallography of an Energizing Channel Complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Saori Maki-Yonekura
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Three Dimensional Electron Microscopy
  • 発表場所: Girona, Spain
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-27
• [学会発表] 蛋白質の薄い三次元結晶の電子線結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治
  • 学会等名: 平成25年度「分子システム研究」研究報告会
  • 発表場所: 理化学研究所 (埼玉県)
• [学会発表] 電子顕微鏡による三次元再構成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治
  • 学会等名: X線自由電子レーザー重点課題 「SACLAにおける低温X線回折イメージング実験の展開と標準化」 コヒーレントＸ線回折イメージングにおけるデータ収集と構造解析の現状と将来
  • 発表場所: 慶應義塾大学 (神奈川県)
• [学会発表] SPring-8 - 医療分野での展望 - (2013)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治
  • 学会等名: 兵庫県保険医協会姫路･西播支部第28回支部総会・記念講演会, 姫路, 7月 (2013)
  • 発表場所: 西はりま地場産業センター (兵庫県)
  • 招待講演
• [学会発表] SACLAにおける低温Ｘ線回折イメージング- べん毛、大腸菌等 - (2013)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治, 眞木さおり, 高山裕貴
  • 学会等名: X線自由電子レーザー重点課題 「SACLAにおける低温Ｘ線回折イメージング実験の展開と標準化」 第二回会合
  • 発表場所: 理化学研究所 (埼玉県)
• [学会発表] Cryo-Electron Microscopy of Biological Macromolecular Structures (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Yonekura, S. Maki-Yonekura
  • 学会等名: 4-th France-Japan Joint Seminar "Imaging of spatiotemporal hierarchies in living cells - an overview of dynamics from molecules to cells -"
  • 発表場所: RIKEN SPring-8 Center (Hyogo)
  • 招待講演
• [学会発表] Structure Analysis of Biological Macromolecular Complexes by Electron- and X-rays (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Yonekura
  • 学会等名: The 5th Biennale RIKEN Joint Retreat “Behavior - from Molecules, Cell to Organisms -"
  • 発表場所: YAMAHA Resort Tsumagoi (Shizuoka)
  • 招待講演
• [学会発表] Electron Crystallography of 3D Protein Crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Yonekura, C. Toyoshima
  • 学会等名: Nagoya Symposium - Frontiers in Structural Physiology
  • 発表場所: Nagoya University (Nagoya)
• [学会発表] 電子線とX線による生体超分子構造の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治
  • 学会等名: 平成24年度「分子システム研究」成果報告会
  • 発表場所: 理研和光（埼玉）
• [学会発表] 低温電子顕微鏡法による生体超分子複合体の構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治、眞木さおり
  • 学会等名: 第13回医学生物学電子顕微鏡学会
  • 発表場所: チサンホテル新大阪（大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] 細菌のイオン共役型エネルギー供与体の構造基盤研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡邊真宏
  • 学会等名: 分子システム研究」第1回春合宿
  • 発表場所: 浜名湖ロイヤルホテル（静岡）
• [学会発表] 生体の作動機構をより高い分解能で“見る” (2012)
  • 著者名/発表者名: 米倉功治
  • 学会等名: 分子システム研究」第1回春合宿
  • 発表場所: 浜名湖ロイヤルホテル（静岡）
• [学会発表] イオン共役型エネルギー供与体ExbB/ExbDおよびTonB/ExbB複合体の結晶化構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡邊真宏、米倉功治
  • 学会等名: 第12回蛋白質科学会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（名古屋）
• [学会発表] Purification and crystallization of bacterial ion-coupled energizing protein ExbB (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe, K. Yonekura
  • 学会等名: The 2012 Annual Meeting of American Crystallographic Association
  • 発表場所: Boston(MA), USA
• [学会発表] 細菌のイオン共役型エネルギー供与体の構造基盤研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡邊真宏、米倉功治
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡）
• [図書] SPring-8 - 医療分野での展望 - (2013)
  • 著者名/発表者名: 米倉 功治
  • 総ページ数: 1
  • 出版者: 兵庫保険医新聞
• [備考] 微小で薄いタンパク質結晶の電子線構造解析 －これまで利用できなかった結晶から電荷を可視化－
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150223_1/
• [備考] 理化学研究所ホームページ
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2013/20131107_1/
• [備考] 米倉生体機構研究室