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低分子量G蛋白質Rasは、活性型であるGTP結合型と、その加水分解反応によって生じる不活性型であるGＤP結合型を行き来しながら、下流の標的分子との相互作用を介して細胞の増殖やがん化シグナル伝達を調節している。本研究課題ではRasのGTP加水分解反応過程、すなわち酵素・触媒反応に基づく不活性化メカニズムを、光制御可能なcaged-GTPを用いて、X線結晶構造解析並びにNMR分光法等を駆使して解明することを目的として実施された。
固体31P_NMRによる反応速度論解析では、近紫外光(LED)照射によるcage離脱後のGTPの31P_NMR信号の時間変化を補足し、その速度論解析からX線結晶構造解析において着目すべきタイムポイントを同定した。
これら複数のタイムポイントについてSPring-8でのX線回折実験の結果、一連のGTP加水分解反応におけるヌクレオチドとその近傍の電子密度変化を補足し、酵素・触媒反応で生じるGTP近傍の構造変化の一部を解明した。一方、光照射直後のGTP加水分解反応初期過程の補足を目的としてXFEL/SACLAによる時分割結晶構造解析を実施したところ、光照射後の数十ミリ秒後において天然型GTP結合Rasの構造情報の取得に成功し、ポケット開閉運動に係るGTP近傍の構造情報の一部を取得した。
併せて、溶液NMRを用いた構造ダイナミクスを解析したところ、15N_HSQC等のNMRスペクトルの信号変化から、GTP加水分解反応に伴うRasの構造変化はポケット領域のみならず隣接した領域でも顕著に生じていることが明らかとなった。
このように本研究では、RasのGTP加水分解反応に関わる特徴的な構造変化の同定に成功し、これらの結果は新たな創薬基盤情報として新規がん治療薬の創出に極めて有用な情報の取得に成功した。
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