結晶非接触操作を可能にする結晶化促進剤充填ゲルカプセル内タンパク質結晶化法の確立

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25650026
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 菅原 道泰 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 特別研究員 (00415192)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: タンパク質結晶化 / ゲル / ゼオライト / 金属有機構造体

研究実績の概要

本研究では，ゲル環境下での良質タンパク質結晶の析出，およびタンパク質結晶非接触での回折計マウント操作を可能にするゲルカプセル内タンパク質結晶化法，加えて，タンパク質結晶化促進物質を利用した結晶化手法の確立に向け，最終年度では，自動結晶化装置mosquito（TTP LabTech）を用いたゲルカプセル内タンパク質結晶化を試みた．その結果，ゲル化剤含有タンパク質溶液0.5μlでの微量分注，および，独自に開発した結晶化条件スクリーニング用試薬を利用した自動初期スクリーニングを可能にした．研究期間全体を通じて，ゲルカプセル内でのタンパク質結晶化の自動化，さらにタンパク質結晶化促進物質としてゼオライト，および金属有機構造体をゲルカプセル内に導入したタンパク質結晶化法を確立し，タンパク質結晶含有ゲルカプセルの凍結保存から放射光を利用した回折データ収集を可能にした．
また，本研究においてゲルカプセル材料として検討したハイドロゲル等の高粘度物質は，X線自由電子レーザー（XFEL）施設SACLAを利用した連続フェムト秒結晶構造解析（SFX）でタンパク質結晶輸送媒体として利用できることを見出した．SFXでは，サンプルインジェクターから噴出した多数の微小結晶を含む液体にX線レーザーを照射し，各結晶からの回折データを連続的に収集する．SFXは常温で実験を行え，また試料の放射線損傷の問題も解決できる．しかしながら，タンパク質結晶を連続的にX線レーザーの照射ポイントに供給するには大量の試料が必要であった．そこで，結晶輸送媒体として高粘度のハイドロゲル等を利用することで結晶試料を低速で吐出し，その結果，従来の吐出方法と比べて約1/10～1/00のタンパク質消費量（1 mg程度）で結晶構造を決定することが可能になった．

研究成果

• [雑誌論文] Oil-free hyaluronic acid matrix for serial femtosecond crystallography (2016)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Sugahara, Changyong Song, Mamoru Suzuki, Tetsuya Masuda, Shigeyuki Inoue, Takanori Nakane, Fumiaki Yumoto, Eriko Nango, Rie Tanaka, Kensuke Tono, Yasumasa Joti, Takashi Kameshima, Takaki Hatsui, Makina Yabashi, Osamu Nureki, Keiji Numata & So Iwata
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 24484
  • DOI: 10.1038/srep24484 (2016)
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Native sulfur/chlorine SAD phasing for serial femtosecond crystallography (2015)
  • 著者名/発表者名: Takanori Nakane, Changyong Song, Mamoru Suzuki, Eriko Nango, Jun Kobayashi, Tetsuya Masuda, Shigeyuki Inoue, Eiichi Mizohata, Toru Nakatsu, Tomoyuki Tanaka, Rie Tanaka, Tatsuro Shimamura, Kensuke Tono, Yasumasa Joti, Takashi Kameshima, Takaki Hatsui, Makina Yabashi, Osamu Nureki, So Iwata & Michihiro Sugahara
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. D 巻: 71 ページ: 2519-2525
  • DOI: 10.1107/S139900471501857X
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] シリアルフェムト秒結晶構造解析のための汎用的タンパク質キャリヤ「グリースマトリックス」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 菅原道泰
  • 学会等名: 第15回蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 徳島あわぎんホール
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-26