植物環境感覚を支える機能性分子・粒子のＸ線構造解析

2014 年度 実績報告書

• 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: 25120725
• 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)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 青色光受容蛋白質 / フォトトロピン / Ｘ線小角散乱 / Ｘ線回折イメージング / 葉緑体 / 核内ＤＮＡ / 位相回復 / Ｘ線自由電子レーザー

研究実績の概要

１．植物光受容蛋白質の構造解析
シロイヌナズナphot2のLOV2-linker-Kinase fragment (L2LK) についてＸ線小角散乱実験を行い、青色光が誘起するLOV2内のアミノ酸残基レベルでの構造変化をlinker領域が増幅伝達してLOV2とKinaseの位置関係に変化が生じると推測した。現在、At phot2全長とAt phot1のL2LKについても同様の実施し、光受容に伴う立体構造変化を推定している。特に、phot1のL2LKについては、linker領域の変異体を作成し、光誘起構造変化への影響を検討し、青色光依存的な酵素分解との対応が取れるモデルを提案した。
２．生体粒子のコヒーレントＸ線回折イメージング実験
クライオ試料固定照射装置を用いたSACLAにおける実験の高度化・標準化により、1-10 Hzのレートでシングルショット回折パターンの取得が可能となった。現在、500 nmの小角分解能を実現し、1200 nmを超えるサイズの粒子の電子密度像回復を行っている。これに関連して、装置制御及びデータ処理ソフトウェアを構築し、解析理論の充実を図った。特に、検出器の飽和で小角散乱領域が欠損した回折パターンの像回復法、回復電子密度の確からしさを評価する方法、散乱断面積の小さな生物試料に金属ナノ材料を混在させて信号を増強する方法、画像超空間で位相回復像を分類する方法について理論的な検討行い、ソフトウェアを構築した。
短時間に膨大な回折パターンが収集可能なSACLAの優位性を活かし、シゾン葉緑体、酵母核などの生体粒子について、低温CXDI実験を実施した。十分な強度で記録された回折パターンでは30-50 nm程度の分解能で投影電子密度図を再構成できるようになった。さらに、酵母核については間期と分裂期の投影構造を200枚以上取得して、三次元再構成の可能性を検討した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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: 1.Takayama, Y., S. Maki-Yonekura, T. Oroguchi, M. Nakasako and K. Yoneura
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 8074/1-8
  • DOI: doi: 10.1038/srep08074
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coherent X-ray diffraction imaging of chloroplasts from Cyanidioschyzon merolae by using X-ray free electron laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takayama, Yayoi Inui, Yuki Sekiguchi, Amane Kobayashi, Tomotaka Oroguchi, Masaki Yamamoto, Sachihiro Matsunaga and Masayoshi Nakasako
  • 雑誌名: Plant Cell Physiology 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 我が国における生体分子・粒子の構造解析－過去・現在そして未来の展望 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由、山本雅貴
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] KOTOBUKI-1 apparatus for cryogenic coherent X-ray diffraction imaging (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakasako, M., M. Yamamoto
  • 雑誌名: SPring-8 Research Frontier 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Blue light-induced conformational changes in Chlamydomonas phototropin (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakasako, M., K. Okajima
  • 雑誌名: SPring-8 Research Frontier 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Data processing software suite SITENNO for coherent X-ray diffraction imaging using X-ray free electron laser SACLA. (2014)
  • 著者名/発表者名: 5.Sekiguchi, Y., T. Oroguchi, Y. Takayama and M. Nakasako
  • 雑誌名: J. Synchrotron Radiation 巻: ２１ ページ: 600-612
  • DOI: doi:10.1107/S1600577514003439
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-shot 3D structure determination of nanocrystals with femtosecond X-ray free electron laser pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: Xu,. Jiang, Song, Rodriguez, Huang, Chen, Nam, Park, G-Jones, Kim, Kim, Suzuki, Takayama, Oroguchi, Takahashi, Fan, Zou, Hatsui, Inubushi, Kameshima, Yonekura, Tono, Togashi, Sato, Yamamoto, Nakasako, Yabashi, Ishikawa and Miao
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 5061-5069
  • DOI: doi: 10.1038/ncomms5061
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] IDATEN and G-SITENNO: GUI-assisted software for coherent X-ray diffraction imaging experiments and data analyses at SACLA (2014)
  • 著者名/発表者名: 3.Sekiguchi, Y., M. Yamamoto, T. Oroguchi, Y. Takayama, S. Suzuki, and M. Nakasako
  • 雑誌名: J. Synchrotron Radiation 巻: 21 ページ: 1378-1383
  • DOI: doi:10.1107/S1600577514017111
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dark-field phase retrieval under the constraint of the Friedel symmetry in coherent X-ray diffraction imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: 2.Kobayashi, A., Y. Sekiguchi, Y. Takayama, T. Oroguchi and M. Nakasako
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 22 ページ: 27892-27909
  • DOI: doi:10.1364/OE.22.027892
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] XFEL低温コヒーレントX線回折イメージングによる細胞内小器官の構造研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会
  • 発表場所: 金沢市角間町 金沢大学 角間キャンパス
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] XFEL低温コヒーレントX線回折イメージングによる細胞内小器官の構造研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由、関口優希、小林周、苙口友隆、乾弥生、松永幸大、市川雄一、胡桃坂仁志、清水光弘、高山裕貴、山本雅貴
  • 学会等名: 第１５回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 徳島県徳島市藍場町2丁目14番地 あわぎんホール
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] Coherent X-ray diffraction imaging of chloroplasts from Cyanidioschyzon merolae by using X-ray free electron laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Sekiguchi, A. Kobayashi, T. Oroguchi, M. Nakasako, Y. Inui, S. Matsunaga, Y. Takayama, and M. Yamamoto
  • 学会等名: International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • 発表場所: 東京都江東区青海2-4-7 産業技術総合研究所 臨海副都心センター 別館
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-15
• [学会発表] Structural study of phototropin by using small-angle X-ray scattering (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Okajima, M. Nakasako, Y. Sekiguchi, T. Oroguchi, M. Oide, A. Fukuda, S. Kashojiya, T. Hikima, M. Yamamoto and S. Tokutomi
  • 学会等名: International Symposium on Plant Environmental Sensing
  • 発表場所: 東京都江東区青海2-4-7 産業技術総合研究所 臨海副都心センター 別館
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-15
• [学会発表] コヒーレントX線回折イメージングにおける回復電子密度の多変量解析による分類と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 関口優希、苙口友隆、中迫雅由
  • 学会等名: 第２８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: 滋賀県草津市野路東1丁目1-1 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2015-01-12 – 2015-01-12
• [学会発表] XFEL低温コヒーレントX線回折イメージングによるアミロイド繊維凝集体の構造研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 真崎悠、小林周、関口優希、苙口友隆、中迫雅由、山口圭一、桑田一夫、亀田啓、福井直也、河田康志、高山裕貴、山本雅貴
  • 学会等名: 第２８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: 滋賀県草津市野路東1丁目1-1 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2015-01-12 – 2015-01-12
• [学会発表] Patterson解析法を利用したサブミクロン粒子集団のコヒーレントＸ線回折イメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、眞木さおり、苙口友隆、中迫雅由、米倉功治
  • 学会等名: 第２８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: 滋賀県草津市野路東1丁目1-1 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2015-01-12 – 2015-01-12
• [学会発表] XFEL低温コヒーレントX線回折イメージングによる細胞内小器官の構造研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 関口優希、小林周、苙口友隆、中迫雅由、乾弥生、松永幸大、市川雄一、胡桃坂仁志、清水光弘、高山裕貴、山本雅貴
  • 学会等名: 第２８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: 滋賀県草津市野路東1丁目1-1 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-11
• [学会発表] ナノ金属粒子散布試料照射痕解析による集光XFELビームの広域強度プロファイル測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林周、関口優希、苙口友隆、山本雅貴、中迫雅由
  • 学会等名: 第２８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: 滋賀県草津市野路東1丁目1-1 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-11
• [学会発表] Classification and assessment of reconstructed electron density maps in coherent X-ray diffraction imaging using multivariate statistics (2014)
  • 著者名/発表者名: 関口 優希, 苙口 友隆, 中迫 雅由
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会
  • 発表場所: 札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-27 – 2014-09-27
• [学会発表] Dark-field phase-retrieval method under the constraint of Friedel’s symmetry for structure analyses in coherent X-ray diffraction imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林周、関口優希、高山裕貴、苙口友隆、中迫雅由
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会
  • 発表場所: 札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-27 – 2014-09-27
• [学会発表] Signal enhancement and Patterson-search phasing for high-spatial-resolution coherent X-ray diffraction imaging of biological object (2014)
  • 著者名/発表者名: 高山裕貴、米倉さおり、苙口友隆、中迫雅由、米倉功治
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会
  • 発表場所: 札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-27 – 2014-09-27
• [学会発表] Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of cellular organelle particles (2014)
  • 著者名/発表者名: 関口 優希 小林周 橋本早紀 苙口友隆 中迫雅由 高山裕貴 米倉功治 山本雅貴 乾弥生 松永幸大 市川雄一 胡桃坂仁志 清水光弘
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会
  • 発表場所: 札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-26
• [学会発表] Analysis of the projection images using the novel classification protocol based on the concept of manifold (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉留崇、苙口友隆、中迫雅由、池口満徳
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会
  • 発表場所: 札幌市白石区東札幌6条1丁目1-1 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-25
• [学会発表] Cryogenic coherent X-ray diffraction imaging of biological particles at SACLA (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takayama, Masayoshi Nakasako, Tomotaka Oroguchi, Yuki Sekiguchi,Masaki Yamamoto, Koji Yonekura, Yukio Takahashi, Akihiro Suzuki,Sachihiro Matsunaga, Yayoi Tsujimoto-Inui
  • 学会等名: 23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Montréal, Québec, Canada
  • 年月日: 2014-08-07 – 2014-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] コヒーレントX線イメージング実験データの新規分類法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉留崇, 苙口友隆, 中迫雅由, 池口満徳
  • 学会等名: 第１４回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 神奈川県横浜市中区山下町24-1 ワークピア横浜
  • 年月日: 2014-06-26 – 2014-06-26
• [備考] Nakasako Laboratory
  • URL: http://www.phys.keio.ac.jp/guidance/labs/nakasako/nakasako-lab.html