Visualization of protonated states of dissociative substituents by cooperation of quantum calculations and crystal structures

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本研究では、量子計算と結晶構造の協調による解離性置換基のプロトン化状態可視化手法の開発を目指している。この手法開発のための題材酵素として Methanothermobacter thermoautotrophicus 由来オロチジン一リン酸脱炭酸酵素 (Mt-ODCase) を用いている。予備研究により、Mt-ODCase の大量発現・精製・結晶化の手法は一通り構築済みである。X 線の吸収線量と結晶損傷の関係の調査も進んでおり、吸収線量 1 MGy までは結晶構造中で最も放射線感受性の高い部分でもほぼ変化しないとわかっている。この吸収線量は標準的なデータ収集の 1/10程度に過ぎないが、これまでにこの吸収線量で 0.99 Å分解能のデータ取得に成功している。このデータを基にした、汎用ソフトウェアでは扱えない esd（原子それぞれの座標の不確かさ）の見積もりを含む結晶構造も、パイロットデータについてはプログラム SHELEX を用いて決定済みである。本研究では広く適用可能な手法開発を目指しているため、これまでに取得したデータの他に、複数のデータを取得しておくことが好ましい。そこで2022年度には、従来より構築済みであった手法により、Mt-ODCase の大量発現・精製・結晶化をおこなった。このうち結晶化について、シーディング手法の改善により、得られる結晶の質を制御できる可能性を見いだした。またこれまでに取得した Mt-ODCase のデータを整理し、今後の解析に使用可能なデータの特定を進めた。また、我々とは別に、近年ドイツのグループにより、ヒト由来ODCase (Hs-ODCase) について、様々な基質等の複合体の結晶構造が 0.9 ~ 1.2 Å 分解能で発表されていたが、この構造について量子計算を行うための下準備となる構造の精査も進めた。