蛋白質の立体構造にタイムスタンプを付し構造遷移過程の全容を解明する手法の確立

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蛋白質は機能を発揮する際に立体構造変化を伴う。X線・電子線結晶構造解析の成果により、安定な状態の立体構造情報が蓄積していく一方で、機能発現に伴う構造変化、特に遷移過程については知見が少ない。近年、スナップショットとして得られている安定した構造だけでなく、構造変化の遷移過程における準安定状態が機能発現において重要であることが指摘されている。そこで本研究では、X線1分子動態計測法、電子線単粒子解析法、計算機シミュレーションを融合して、蛋白質の立体構造に時刻の情報を付加し、構造変化過程の全体像を可視化する手法を確立することを目指している。22年度は、X線1分子動態計測実験では、構造遷移過程の詳細を明らかにするためのデータ蓄積を行うとともに、運動の開始点をそろえるための観測チャンバ開発を行った。また、単粒子解析法では、データ解析に資する観測粒子数を増やすとともに、構造解析を行った。その結果、急速に溶液条件を変化させることが可能なシステム開発に成功するともに、これまでに知られていなかった新規構造を解明した。X線1分子動態計測法では金ナノ結晶を観測プローブとして、蛋白質の構造変化の遷移過程をサブミリ秒の時間分解能で連続的に記録することができる。また、単粒子解析法では生理的な条件で立体構造解析が可能であり、同一条件下で複数の構造を分類して得られる。X線1分子動態計測計測実験、単粒子構造解析の結果は、日本生理学会で報告し、観測チャンバ開発の結果は、CHEMINASで発表予定である。研究開始当初の見通しより早く研究が進展している。