中性子線を用いたタンパク質の動的な水和水の解析

使用中子束分析蛋白质的动态水合

基本信息

批准号：
22K19271
负责人：
茶竹俊行
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：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19271/
关键词：
水和中性子構造解析蛋白質 D/Hコントラストタンパク質

项目摘要

蛋白質の周囲には動きの違う水分子が混在している。これは水和水と呼ばれ、蛋白質の構造構築や機能の発現と密接に結びついている。しかしながら、動きが大きい水分子の解析は通常の実験では困難であり、水和水の完全な姿は未だ明らかにされていない。これは、蛋白質の研究における最大の問題の一つである。これを明らかにすることは、水和水の全貌解明に留まらず、様々な応用分野への波及効果が期待される。特に、近年盛んである計算機上での生体分子設計には大きな福音となる。本研究は、蛋白質を取り囲む水和水の全貌を中性子線によって解明することである。中性子線が持つ最大の利点である軽水素と重水素に対する散乱長の違いを利用して、複数の中性子実験法を駆使して実現する。以下、交付申請書に記載した三つの事項について説明する。(1)中性子D/Hコントラスト解析: 実空間D/Hコントラストで溶媒領域の中性子散乱長密度図を計算して溶媒密度解析を行う。これにより、動きの大きい水分子も含めた水和水の位置決定が期待される。申請に前後して、研究対象であるリゾチームの蛋白質部分の解析が、最初の解析論文が学術誌に掲載された。22年度はD/Hコントラスト図で水分子の探索を行い、既存の解析を上回る数の水分子を同定して、複数の学会・研究会で報告した。さらに、より詳細な検討を結晶解析と計算科学の両面から進めるための準備を進めている。(2)低温下での中性子D/Hコントラスト解析: 低温で熱振動を抑制することで、水分子の位置についてより詳細な解析が可能となる。中性子解析に必要な大型結晶の凍結は高圧凍結法を用いる。凍結用の結晶の準備は終了しており、凍結成功後に中性子実験の申請を予定している。(3)中性子準弾性散乱測定: 予備実験は京大原子炉で終了しており、結晶の大量作成後に中性子実験の申請を予定している。

蛋白质周围混合了不同移动的水分子。这称为水合水，与蛋白质的结构构建和功能密切相关。然而，在正常实验中，很难对具有较大运动的水分子进行分析，并且尚未揭示水合水的完美外观。这是蛋白质研究中最大的问题之一。这不仅是对水合水的完全理解，而且预计它将对各种应用产生连锁反应。尤其是，近年来很受欢迎的计算机上生物分子的设计是巨大的福音。这项研究涉及使用中子束阐明蛋白质周围水的全部图片。该方法使用多个中子实验来充分利用中子束的最大优势，即光氢和氘之间的散射长度差异。下面将解释申请表中所述的三个问题。（1）中子D/H对比分析：通过计算真实空间D/H对比区域中的中子散射长度密度图来进行溶剂密度分析。预计这将确定水合水的位置，包括具有高运动的水分子。应用之前和之后，研究主题的蛋白质部分的首次分析发表在一本学术期刊上。在2010年，使用D/H对比度图搜索了水分子，并且比现有分析确定了更多的水分子，并在多个学术社会和研究会议上进行了报告。此外，正在做准备从晶体学分析和计算科学进行更详细的研究。（2）低温下的中子D/H对比分析：通过抑制低温下的热振动，可以对水分子位置进行更详细的分析。高压冻结方法用于冻结大型晶体，这是中子分析所必需的。冻结晶体的制备已经完成，并计划在冻结成功后进行中子实验的应用。（3）中子准弹性散射测量：初步实验在京都大学反应堆上完成，并计划在创建大量晶体后提交中子实验的应用。