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2011 年度 実績報告書

植物細胞内光機能分子・粒子の空間階層X線イメージング

公募研究

研究領域植物の環境感覚:刺激受容から細胞応答まで
研究課題/領域番号 23120525
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

中迫 雅由  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30227764)

キーワードX線イメージング / 光受容蛋白質 / X線回折イメージング / 結晶化 / 葉緑体 / X線自由電子レーザー / 真核生物 / オルガネラ
研究概要

本申請では、植物細胞内での空間階層X線イメージングを実施するにあたって、以下の3通りの実験手法を使い分けながら、分子レベルからオルガネラレベルに至る階層構造が外部環境に応じてどのように変化するのかを探る。また、他の研究グループとも積極的に連携して、申請者らの実験手法による構造研究を展開し、裾野を広げたいと考えている。平成23年度は以下を実施した。
光受容蛋白質の構造研究では、大阪府立大学の徳富研究室と共同で、phototropin2のLOV2-kinaseフラグメントとphytochromeBの光受容ドメインについて結晶化を行った。この際には、試料性状を動的光散乱装置で確認後に仕込みを行っている。また、phototropin1のLOV2-kinaseフラグメント野生型、phototropin2のLOV2-kinaseフラグメント野生型、光反応能欠損変異体、リン酸化活性能欠損変異体についてSPring-8BL45でのX線小角散乱実験を実施した。phototropin2のLOV2-kinaseが青色光照射下で構造変化を起こすことを既に見出していたが、変異体実験により、構造変化がLOV2ドメインの光受容に起因することが明白となった。
オルガネラの構造研究では、複膜系オルガネラの代表である葉緑体のX線回折イメージング実験をSPring-8のBL29XUにて実施した。これまでに設計・製作した回折装置とミクロン~サブミクロン粒子を低温凍結試料作製システムを使用し、また、東京理科大の松永研究室と連携して、最小真核生物シゾンのX線自由電子レーザーを用いたX線回折イメージング実験を行った。これら実験では、カーボン薄膜作成装置で作成した試料マウント膜に細胞やオルガネラを載せた。また、顕微鏡システムを用いて凍結後試料様態を確認することを試みている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

phototropin2のLOV2-kinaseフラグメントとphytochromeBの光受容ドメインについて結晶化では、溶液性状の回線の結果、結晶化に明るい兆しがある。また、X線小角散乱実験から、phototropinの光受容構造変化のメカニズムについて、一歩進んだ議論が可能となった。オルガネラや細胞イメージングでは、世界でも指折りの実験が開始された。

今後の研究の推進方策

次年度も、このペースで研究を展開したい。結晶が得られれば、即座に構造解析を実施できる準備が整っている。また、sPring-8のBL29xuLにx線回折イメージング実験専用の実験ハッチが平成24年夏には完成の予定で、実験の円滑化が期待される。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (14件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Application of a real-space three-dimensional image reconstruction method in the structural analysis of non-crystalline biological macromolecules enveloped by water in coherent X-ray diffraction microscopy2011

    • 著者名/発表者名
      W.Kodama, M.Nakasako
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 84 ページ: 021902(15pages)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.84.021902

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A few low-frequency normal modes predominantly contribute to conformational responses of hen egg white lysozyme in the tetragonal crystal to variations of molecular packing controlled by environmental humidity2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Takayama, M.Nakasako
    • 雑誌名

      Biophysical Chemistry

      巻: 159 ページ: 237-246

    • DOI

      10,1016/j.bpc.2011.07.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生命には何故水が必要なのか-蛋白質の機能と水和構造の相関2011

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由、松岳大輔
    • 雑誌名

      日本応用物理学会誌

      巻: 80 ページ: 903-907

    • 査読あり
  • [雑誌論文] X線自由電子レーザー(XFEL)の生命科学での利用2011

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由、山本雅貴
    • 雑誌名

      日本生物物理学会誌

      巻: 51 ページ: 278-281

    • 査読あり
  • [学会発表] XFELで超分子複合体の構造解析は可能か?2012

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由、苙口友隆、高山裕貴、山本雅貴
    • 学会等名
      新学術領域"天然変性"第二回公開シンポジウム
    • 発表場所
      大阪(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-25
  • [学会発表] コヒーレントX線回折顕微鏡実験における位相限定相関を用いたデータ解析手法の開発2012

    • 著者名/発表者名
      関口優希、高山裕貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第25回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      鳥栖
    • 年月日
      2012-01-09
  • [学会発表] コヒーレントX線回折顕微鏡法回折パターンにおけるCCD検出器の電荷転送に由来するバックグラウンドの評価2012

    • 著者名/発表者名
      高山裕貴、中迫雅由
    • 学会等名
      第25回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      鳥栖
    • 年月日
      2012-01-09
  • [学会発表] クライオ試料照射装置の整備・高度化と低温回折実験2012

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由、高山裕貴、苙口友隆、関口優希、児玉渉、山本雅貴、香村芳樹、引間孝明、米倉功治、高橋幸生、鈴木明大
    • 学会等名
      第25回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      鳥栖
    • 年月日
      2012-01-09
  • [学会発表] X線自由電子レーザーによる生体超分子の新規構造解析法の提案及びシミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      苙口友隆、中迫雅由
    • 学会等名
      第25回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      鳥栖
    • 年月日
      2012-01-08
  • [学会発表] X線自由電子レーザーを用いるサブミクロン粒子のナノメートル分解能構造解析2011

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      蛋白質構造解析コンソーシアム
    • 発表場所
      東京(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-29
  • [学会発表] X線自由電子レーザーの生命科学での利用2011

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由、山本雅貴
    • 学会等名
      日本結晶学会年会2011
    • 発表場所
      札幌(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-25
  • [学会発表] 低温コヒーレントX線回折顕微鏡法の為の湿度制御下凍結水和生体試料作製装置の開発2011

    • 著者名/発表者名
      高山裕貴、中迫雅由
    • 学会等名
      日本結晶学会年会2011
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2011-11-24
  • [学会発表] Preparation method of frozen-hydrated biological samples under controlled humidity for coherent X-ray diffraction microscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Takayama, M.Nakasako
    • 学会等名
      生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      2011-09-17
  • [学会発表] Coherent X-ray diffraction microscopy of non-crystalline biological particles at cryogenic temperature2011

    • 著者名/発表者名
      M.Nakasako, M.Yamamoto
    • 学会等名
      生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      姫路(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-16
  • [学会発表] タンパク質の結晶化:結晶化条件スクリーニングの基礎-フォトトロピンLOV1ドメインの結晶化を例に-2011

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      新学術領域「植物環境感覚」タンパク質構造解析ワークショップ
    • 発表場所
      堺(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] X線小角散乱:どのような分子構造情報が得られるか?-フォトトロピンフラグメントを例に-2011

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      新学術領域「植物環境感覚」タンパク質構造解析ワークショップ
    • 発表場所
      堺(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-14
  • [学会発表] データベース解析による蛋白質水和構造の特徴抽出とその応用2011

    • 著者名/発表者名
      松岳大輔、中迫雅由
    • 学会等名
      放射光学会第3回若手研究会
    • 発表場所
      姫路
    • 年月日
      2011-08-18
  • [学会発表] バイオサイエンスで想定されるXFEL利用実験2011

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 学会等名
      シンポジウム「X線自由電子レーザー」
    • 発表場所
      横浜(招待講演)
    • 年月日
      2011-04-21
  • [図書] 標準免疫学第三版第二部構成的メカニズム:認識のメカニズムF.BCR/抗体による認識2012

    • 著者名/発表者名
      中迫雅由
    • 出版者
      医学書院(印刷中)
  • [備考]

    • URL

      http://www.phys.keio.ac.jp/guidance/labs/nakasako/nakasako-lab.html

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公開日: 2013-06-26  

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