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2020 年度 実績報告書

マイクロデバイスによるタンパク質-リガンド複合体構造解析の高速化

研究課題

研究課題/領域番号 19K15596
研究機関北海道大学

研究代表者

真栄城 正寿  北海道大学, 工学研究院, 助教 (40744248)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードマイクロ流体デバイス / タンパク質 / X線結晶構造解析 / タンパク質複合体
研究実績の概要

本年度は、タンパク質の結晶を効率良くマイクロウェルに捕捉するための条件・デバイスの最適化を行った。マイクロウェルの直径と結晶捕捉効率の関係を明らかにし、本測定コンセプトに適したウェル直径を見出した。本測定法では、タンパク質の立体構造を決定するために、ウェルに捕捉した複数の結晶からX線回折データを収集する必要がある。そのため、捕捉した結晶はX線に対してランダムに配向することが望ましい。マイクロウェルに捕捉した結晶にX線を照射して、結晶の配向面のばらつきを評価した結果、結晶はランダムに配向していることが分かった。この結果をもとに、モデルタンパク質として、ソーマチン・リゾチームの構造解析を試みた結果、測定する結晶数の増加とともに、分解能およびCompletnessの向上が確認された。さらに、本測定コンセプトをタンパク質・リガンド複合体の構造解析に応用し、昨年度報告したリゾチーム、ソーマチンの複合体構造だけではなく、トリプシンとリガンド複合体の立体構造も決定することが可能であった。トリプシンの場合には、8種類の複合体構造を決定し、そのうちの6種類は新規複合体構造であった。さらに、結晶捕捉効率を向上するため、マイクロウェルに能動的な結晶捕捉機能を付与したデバイスを開発した。改良したデバイスによって、プロトタイプデバイスよりも少ない結晶数で高効率にタンパク質の結晶をウェルに捕捉することに成功した。改良したデバイスでも、タンパク質・リガンド複合体の構造解析が可能であった。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Room-temperature crystallography using a microfluidic protein crystal array device and its application to protein-ligand complex structure analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Maeki , Sho Ito , Reo Takeda , Go Ueno , Akihiko Ishida , Hirofumi Tani , Masaki Yamamoto , Manabu Tokeshi
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 11 ページ: 9072-9087

    • DOI

      10.1039/d0sc02117b

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Real-Time Measurement of Protein Crystal Growth Rates within the Microfluidic Device to Understand the Microspace Effect2020

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Maeki , Shohei Yamazaki , Reo Takeda , Akihiko Ishida , Hirofumi Tani , Manabu Tokeshi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 5 ページ: 17199-17206

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c01285

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 機能集積化マイクロ化学デバイスの開発と医薬分野への展開2021

    • 著者名/発表者名
      真栄城正寿
    • 学会等名
      2020年度 日本化学会北海道支部奨励賞 受賞講演
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロデバイスを用いたタンパク質結晶の室温複合体構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      竹田怜央, 真栄城正寿, 伊藤翔, 上野剛, 石田晃彦, 谷博文, 山本雅貴, 渡慶次学
    • 学会等名
      化学とマイクロナノシステム学会 第42回研究会(CHEMINAS42)
  • [学会発表] 常温X線結晶構造解析のためのマイクロデバイスの開発2020

    • 著者名/発表者名
      舟久保 智瑛, 真栄城 正寿, 伊藤 翔, 上野 剛, 石田 晃彦, 谷 博文, 山本 雅貴, 渡慶次 学
    • 学会等名
      第80回分析化学討論会

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公開日: 2021-12-27  

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