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。

优化了大量的培养和样品制备条件，以实现高压下深海α葡萄糖酶（GSJ）的小角度散射测量。通过优化培养和纯化条件，建立了一项方案，以获得极高的纯度GSJ溶液，其骨料和分解产物的贡献小于10％。此外，在高纯度GSJ溶液的大气压下进行了X射线小角度散射测量，并平行地进行全原子分子动力学计算以重现所获得的X射线小角度散射曲线。特别是，我们研究了从全原子分子动力学计算的轨迹获得的集合平均散射曲线以及从小角度X射线散射测量结果获得的散射曲线的程度。结果，从全原子分子动力学计算获得的集合平均散射曲线复制了与GSJ平均大小相对应的旋转平方半径。但是，对应于40a空间尺度的结构无法完全复制。此外，为了模仿深海环境中这种高纯度GSJ解决方案的行为，我们使用SANS-U中子小角度散射装置在ibaraki村，Ibaraki村的研究反应堆JRR-3中研究了高压下GSJ的结构变化。在大气压下，旋转半径与X射线小角度散射测量值观察到的旋转半径大致一致，但是在施加的压力为100 MPa的压力环境下，观察到旋转半径的增加约为大气压的两倍。也就是说，在高压环境下，通过实验观察到压力诱导的GSJ变性。通过计算全原子分子动力学，尝试了这种压力诱导的旋转方形半径的起源。