Structural analysis of imperfectly assembled nanostructures using high-resolution solid-state NMR

生体内では、タンパク質が単分子として機能するだけでなく、多くはタンパク質同士や他の生体分子と結合・解離することで、離散と集合を繰り返して機能している。タンパク質の機能は極めて多様であることから、生体分子のダイナミックな複合体形成を高い構造分解能で観察し、それを化学的に制御出来れば、生命現象の理解のみならず単分子では見られない新規な機能性分子の創成に繋がる。近年、生体分子の複合体構造の解析手法としては、主にクライオ電子顕微鏡による複合体構造解析の高分解能化や、MD計算および機械学習を利用した構造予測を利用したアプローチなど新規な構造決定法の開発が進められている。本研究では、上述の方法と異なるアプローチとして、アミノ酸の同位体標識法、特にアミノ酸選択的な標識法を用いてNMRや和周波発生分光測定などにより生体分子が集合する際の不均一性や構造ゆらぎに起因する不完全な分子配列の解析を行っている。生体内における生体分子の複合体形成は溶液中だけでなく、溶液と溶液の仕切りとなる細胞膜を介して行われる。そこで本年度は昨年度に引き続き、米国ミシガン大学のZhan Chen研究室との共同研究を進展させ、アミノ酸を選択的に同位体標識したGB1 proteinに対して質量分析を主とした標識化の評価と、一連のアミノ酸標識されたGB1 proteinの和周波発生分光測定を行い、13C標識化に伴うNH振動の波数変化パターンを収集し、MDシミュレーション解析と併せた解析を行うことにより、GB1 proteinの表面アミノ酸と固体表面が相互作用する配向を決定した。本成果は投稿論文として受理され、国際会議において発表された。

生体内では、タンパク質が単分子として機能するだけでなく、多くはタンパク質同士や他の生体分子と結合・解離することで、離散と集合を繰り返して機能している。タンパク質の機能は極めて多様であることから、生体分子のダイナミックな複合体形成を高い構造分解能で観察し、それを化学的に制御出来れば、生命現象の理解のみならず単分子では見られない新規な機能性分子の創成に繋がる。近年、生体分子の複合体構造の解析手法としては、主にクライオ電子顕微鏡による複合体構造解析の高分解能化や、MD計算および機械学習を利用した構造予測を利用したアプローチなど新規な構造決定法の開発が進められている。本研究では、上述の方法と異なるアプローチとして、アミノ酸の同位体標識法、特にアミノ酸選択的な標識法を用いてNMRや和周波発生分光測定などにより生体分子が集合する際の不均一性や構造ゆらぎに起因する不完全な分子配列の解析を行っている。生体内における生体分子の複合体形成は溶液中だけでなく、溶液と溶液の仕切りとなる細胞膜を介して行われる。そこで本年度は昨年度に引き続き、米国ミシガン大学のZhan Chen研究室との共同研究を進展させ、アミノ酸を選択的に同位体標識したGB1 proteinに対して質量分析を主とした標識化の評価と、一連のアミノ酸標識されたGB1 proteinの和周波発生分光測定を行い、13C標識化に伴うNH振動の波数変化パターンを収集し、MDシミュレーション解析と併せた解析を行うことにより、GB1 proteinの表面アミノ酸と固体表面が相互作用する配向を決定した。本成果は投稿論文として受理され、国際会議において発表された。