低ノイズ・低粘着性・低コストのタンパク質結晶輸送媒体を発見－生理条件に近いタンパク質の高分解能構造解析に期待－

低ノイズ・低粘着性・低コストの

タンパク質結晶輸送媒体を発見

－生理条件に近いタンパク質の

　高分解能構造解析に期待－

2017年4月10日

理化学研究所

京都大学

大阪大学

高輝度光科学研究センター

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　理化学研究所（理研）放射光科学総合

研究センターSACLA利用技術開拓グループ

の菅原道泰特別研究員（研究当時）、

岩田想グループディレクター

（京都大学大学院医学研究科教授）、

京都大学大学院農学研究科の桝田哲哉助教、

大阪大学蛋白質研究所附属蛋白質解析

先端研究センターの鈴木守准教授、

高輝度光科学研究センターXFEL利用研究

推進室の登野健介チームリーダーらの

共同研究グループ※は、

X線自由電子レーザー（XFEL）施設

「SACLA[1]」のX線レーザーを用いた

「連続フェムト秒結晶構造解析

（SFX）[2]」

（1フェムト秒は1,000兆分の1秒）

において、タンパク質結晶輸送媒体

として「ヒドロキシエチルセルロース[3]」

を用いると、コストを抑えつつ、

結晶を安定供給し、測定ノイズも

低減できることを発見しました。

　SFXには、試料に放射線損傷[4]を

与えず、従来の低温条件下

（100K、-173℃）で行う実験とは異なり、

生理条件（生体内）に近い温度での

タンパク質の立体構造（結晶構造）を

決定できるという特性があります。

　しかし、10～100mgという大量の

タンパク質から得た結晶を必要とする

という課題がありました。

　そこで、共同研究グループは2014年、

少量のタンパク質結晶を高粘度物質の

グリースに混ぜてインジェクター

（噴出装置）からゆっくりと押し出し、

タンパク質結晶のX線回折を行うことが

できる「グリースマトリックス法」を

開発しました注1）。

　グリースマトリックス法では、

従来の液状試料をインジェクターから

噴出する「液体ジェット法」と比べ、

構造解析に必要なタンパク質結晶の量を

1/10～1/100

（使用するタンパク質は1mg以下）に

軽減できました。

　しかし、グリースに由来する

散乱バックグランドノイズは無視できない

ため、より低ノイズのヒアルロン酸を

SFXに導入しましたが注2）、

その高い粘着力ゆえに安定に結晶を

流すことが難しく、また非常に高価である

ことも問題でした。

　今回、共同研究グループは、

タンパク質結晶輸送媒体として

ヒドロキシエチルセルロースを

利用することで、

ノイズ・粘着性・コストの問題を

解決しました。

　今後、ヒドロキシエチルセルロースを

利用することで、創薬ターゲットを含む

多様なタンパク質の高分解能結晶構造解析

が可能になると期待できます。

　本成果は、英国のオンライン科学雑誌

『Scientific Reports』（4月6日号）に

掲載されました。

　本研究は、文部科学省X線自由電子

レーザー重点戦略課題

「創薬ターゲット蛋白質の迅速構造解析法

の開発」（研究代表者：岩田想）などの

支援を受けて実施されました。

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　「連続フェムト秒結晶構造解析（SFX）」

は重要な解析手法です。

＞現在、結晶輸送媒体として

＞ヒドロキシエチルセルロース、

＞グリースを用いて、さまざまな

＞タンパク質のSFXを行っています。

＞最近では、ヒドロキシエチルセルロース

＞を用いたSFXで最高分解能1.20Åでの

＞酵素の構造解析に成功しました注3）。

＞またグリースを用いて、光合成の

＞水分解反応において、

＞光化学系Ⅱ複合体が酸素分子を

＞発生させる直前の状態の立体構造を

＞決定することに成功しました注4）。

＞このタンパク質の場合、

＞ヒドロキシエチルセルロースを用いると

＞結晶に損傷を与えてしまいます。

＞今後、ヒドロキシエチルセルロース、

＞グリースなどを相補的に利用すること

＞で、創薬ターゲットとなる

＞膜タンパク質[9]を中心とした

＞多様なタンパク質の高分解能での

＞構造解析が期待できます。

　いろいろ大変なようですが、さらに

工夫を重ね、今まで出来なかった解析

が出来るようになることに

期待しています。