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深海模倣系構築による高圧下の蛋白質構造の実測法の開発

通过构建深海模拟系统开发高压下蛋白质结构测量方法

基本信息

批准号：
21K18602
负责人：
杉山正明
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

深海由来のアルファグルコシダーゼ (GSJ)の高圧下における小角散乱測定の実現に向けた大量培養及びサンプル調製条件の最適化を行なった。培養条件及び精製条件の最適化により、凝集物及び分解物の寄与が10%以下の極めて高純度のGSJ溶液を得るプロトコルを確立した。更に、高純度のGSJ溶液に対して大気圧下のX線小角散乱測定を行い、得られたX線小角散乱プロファイルを再現するために全原子分子動力学計算も並列して行った。特に、全原子分子動力学計算のtrajectoryから得られるアンサンブル平均散乱プロファイルとX線小角散乱測定から得られた散乱プロファイルがどの程度再現出来るかを検証した。その結果、GSJの平均的なサイズに対応する回転二乗半径は、概ね全原子分子動力学計算から得られたアンサンブル平均散乱プロファイルにより再現した。しかしながら、40Aの空間スケールに対応する構造を十分には再現できなかった。更に、この高純度のGSJ溶液に対し深海環境下での挙動を模倣するために茨城県東海村の研究用原子炉JRR-3に設置されている中性子小角散乱装置SANS-Uを用いて高圧下でのGSJの構造変化を調べた。大気圧下においてはX線小角散乱測定から観測された回転二乗半径とほぼ一致したが、100MPaの圧力印加環境下では回転二乗半径が大気圧下と比較して倍程度もの増大が観測された。即ち、高圧環境下においてはGSJの圧力誘起による変性が実験的に観測されたことを示す。この圧力誘起による回転二乗半径の起源を、全原子分子動力学計算により解明を試みた。

A study on the optimization of the conditions for mass culture and modulation of the deep-sea origin of GSJ under high pressure. Optimization of culture conditions and purification conditions, aggregation and decomposition of substances to 10% or less, and high purity of GSJ solution to obtain high purity In addition, high-purity GSJ solutions are used to determine X-ray small angle scattering at high pressures. Special, all-atomic molecular dynamics calculations of the trajectory from the average scattered, X-ray small angle scattered measurement from the scattered, the degree of reproduction from the evidence All atomic molecular dynamics calculations were carried out to obtain the average dispersion of GSJ particles. The structure of the space 40A is very similar. In addition, this high-purity GSJ solution is suitable for simulating the behavior of the deep sea environment. The nuclear furnace JRR-3 for research in Tokai Village, Ibaraki City is equipped with a neutral sub-small angle scattering device SANS-U for adjusting the structure of the GSJ under high pressure. Under high pressure, X-ray small angle scattered measurement, the radius of return angle is uniform, and under high pressure, the radius of return angle is increased. That is, under high pressure conditions, the pressure induced by the GSJ is reduced. The origin of this pressure induction and the calculation of all-atomic molecular dynamics are discussed.