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フェムト秒レーザー誘起タンパク質結晶核発生の原理解明と高度化

飞秒激光诱导蛋白质晶体成核原理的阐明与进展

基本信息

批准号：
08J55381
负责人：
村井良多
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J55381/
关键词：
フェムト秒レーザー結晶化タンパク質結晶核発生

项目摘要

タンパク質の詳細な立体構造を解析する最も有効な手法は、結晶を利用したX線回折法であるが、タンパク質は分子間相互作用が小さいため核発生が困難であり、高品質結晶作製のボトルネックとなっている。そこで、申請者はフェムト秒レーザーを過飽和溶液に集光照射することにより強制的に核発生を誘起する技術の原理解明と高度化に取り組んだ。昨年度の研究より、レーザー照射時に発生するキャビテーションが分子を移動させ、局所的に分子の高濃度領域を形成し、核発生を促すことが明らかになった。本年は、高濃度領域の緩和時間を長くして核発生確率を高めるため、タンパク質溶液のゲル化を行った。タンパク質分子の拡散定数は、1 wt%のゲル中で0.5～0.8倍程度になることが報告されている。1 wt%のアガロースを添加して溶液をゲル化し、レーザー照射を行った結果、ニワトリ卵白リゾチームの結晶化において、通常の低粘性溶液の5分の1以下の低過飽和度条件下で核発生を誘起することに成功した。また、この時のキャビテーション挙動を観察した結果、ゲル中ではキャビテーションが崩壊しないことが明らかになった。キャビテーション崩壊時には、熱や圧力波の発生および化学反応などが誘起されることが知られており、これらの抑制も核発生促進に有効に働いたと考えられる。また、細胞増殖必須因子SATや膜タンパク質AcrBといった、実際に構造解析が求められている難結晶化タンパク質においても、溶液をゲル化することにより、より低過飽和度で核発生を誘起できることを明らかにした。さらに、アガロース添加による溶液のゲル化そのものが核発生を促進することを新たに見出した。以上の結果から、溶液のゲル化とフェムト秒レーザー照射の組み合わせは、タンパク質核発生促進に大きく貢献する技術であると考えられる。

The most effective method for analyzing the detailed three-dimensional structure of the crystal is the X-ray reflection method. The molecular interaction of the crystal is small and the nuclear generation is difficult. The high-quality crystal production is difficult. The principle of induction of nuclear production by concentrated light irradiation in supersaturated solution was explained and optimized by the applicant. In the past year's research, the development of molecular migration and molecular high concentration fields was studied. This year, the mitigation time of high concentration areas is long, and the nuclear production accuracy is high. The number of molecules dispersed is 0.5~0.8 times that of 1 wt%. 1 wt% of the solution was added to the solution, and the crystallization of the white solution was successfully induced under the condition of low supersaturation of 5 min or less. The result of the investigation was that there was no evidence that the incident occurred. The heat wave generation and chemical reaction are the main factors influencing the development of nuclear energy. Cell growth factors SAT, membrane quality AcrB, and in practice structural analysis to determine the crystallization of difficult substances, solutions to determine the degree of low supersaturation, nuclear induction, and so on. A new approach to nuclear development is proposed. The above results show that the chemical composition of the solution and the composition of the irradiation system contribute greatly to the development of nuclear energy.