cryoEM-NMR融合構造解析の確立

近年クライオ電子顕微鏡による構造解析の分解能は飛躍的に改善し、構造生物学において欠かすことのできない手法に成長した。特に大きな複合体や柔軟な構造を持つような分子には第一選択的に用いられ、創薬にも用いられるようになった。しかし、部分分解能に関しては必ずしも高くなく、溶媒に面している領域では側鎖まで可視化できることはそれほど多くない。一方NMRは構造解析の手法としては溶液中の運動性を評価で利点を持っているが、大きな分子には構造解析できないことや同位体ラベルする必要性があることなど欠点を持つ。しかしこの2つの技術は互いに補うことが可能であり、クライオ電子顕微鏡で主鎖構造を、NMRで側鎖の相対的な位置を解析できれば、運動性を含んだ高分解能な構造解析が可能である。そこで、まずNMRで同位体ラベルをせずにHのみのシグナルから原子間の距離情報を取得する方法を模索することにした。同位体ラベルなしの場合、クライオ電子顕微鏡での観察試料をそのままNMR測定に持ち込むことができるため、利便性が高く汎用性を求めるためには必須である。今回標準サンプルとしてすでに構造が解析されているTET2を用いて実験を行った。TET2は分子量約450 kDaの複合体であり、そこからのHのシグナルは非常に多く2次元に展開してなお、互いに重なり合い帰属に使うことはできず、距離情報を得ることは困難であった。しかし、フェニルアラニンやトリプトファンなど芳香族アミノ酸に由来するHのシグナルは他のアミノ酸由来のHのシグナルとは異なる化学シフトを持つため、その由来を知る可能性があることがわかった。また、重なり合ったシグナルも、既知構造から各原子由来のシグナルの位置を予測するプログラムを使うことで帰属が可能となる可能性を見出した。

近年クライオ電子顕微鏡による構造解析の分解能は飛躍的に改善し、構造生物学において欠かすことのできない手法に成長した。特に大きな複合体や柔軟な構造を持つような分子には第一選択的に用いられ、創薬にも用いられるようになった。しかし、部分分解能に関しては必ずしも高くなく、溶媒に面している領域では側鎖まで可視化できることはそれほど多くない。一方NMRは構造解析の手法としては溶液中の運動性を評価で利点を持っているが、大きな分子には構造解析できないことや同位体ラベルする必要性があることなど欠点を持つ。しかしこの2つの技術は互いに補うことが可能であり、クライオ電子顕微鏡で主鎖構造を、NMRで側鎖の相対的な位置を解析できれば、運動性を含んだ高分解能な構造解析が可能である。そこで、まずNMRで同位体ラベルをせずにHのみのシグナルから原子間の距離情報を取得する方法を模索することにした。同位体ラベルなしの場合、クライオ電子顕微鏡での観察試料をそのままNMR測定に持ち込むことができるため、利便性が高く汎用性を求めるためには必須である。今回標準サンプルとしてすでに構造が解析されているTET2を用いて実験を行った。TET2は分子量約450 kDaの複合体であり、そこからのHのシグナルは非常に多く2次元に展開してなお、互いに重なり合い帰属に使うことはできず、距離情報を得ることは困難であった。しかし、フェニルアラニンやトリプトファンなど芳香族アミノ酸に由来するHのシグナルは他のアミノ酸由来のHのシグナルとは異なる化学シフトを持つため、その由来を知る可能性があることがわかった。また、重なり合ったシグナルも、既知構造から各原子由来のシグナルの位置を予測するプログラムを使うことで帰属が可能となる可能性を見出した。