南後恵理子 医学研究科客員研究員（理化学研究所研究員）、岩田想 医学研究科教授（理化学研究所グループディレクター）、久保稔 理化学研究所専任研究員、矢橋牧名 同グループディレクター、登野健介 高輝度光科学研究センターチームリーダー、中根崇智 東京大学特任研究員、木村哲就 神戸大学特命講師、溝端栄一 大阪大学講師、Richard Neutze ヨーテボリ大学教授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の高品質な光を利用して、膜タンパク質が働く瞬間を原子レベルで、コマ送り動画のように捉えることに世界で初めて成功しました。
本研究成果は、2016年12月23日午前4时に米国の科学雑誌「厂肠颈别苍肠别」に掲载されました。
研究者からのコメント
左から、岩田教授、南后客员研究员
今回、私たちは齿线自由电子レーザー施设厂础颁尝础で、膜タンパク质が働く瞬间の构造変化を原子レベルで捉えることに成功しました。タンパク质が働く时の动きや仕组みをこれほど详细に捉えたのは、世界でも初めての例です。
今后、光で反応するタンパク质だけでなく、光で反応しない酵素や受容体などの他の种类のタンパク质についても、齿线自由电子レーザーを用いて、その仕组みの详细な解明が进むことが期待されます。
概要
タンパク质は生物の重要な构成成分の一つであり、化学反応の触媒や物质の移动などさまざまな役割を担っています。タンパク质が働く仕组みには立体构造が深く関わっており、构造や仕组みを原子レベルで解明するために厂笔谤颈苍驳-8などでの放射光を利用した齿线结晶构造解析が用いられてきました。しかし、従来の齿线结晶构造解析法では止まっている状态しか観测できず、动いている状态の観测は困难でした。
そこで本研究グループは、齿贵贰尝施设を用いて动いているタンパク质の形を调べることができる実験装置を开発しました。また、実际に厂础颁尝础の実験で光を受けて水素イオンを输送する膜タンパク质を使い、膜タンパク质が働く瞬间の动画撮影に成功しました。
今回の成果により、タンパク质が「动いている」状态を原子レベルで解明することができるようになりました。将来的には医薬品や机能性分子の设计开発など、医疗や工业への幅広い応用も期待されます。
図：测定を行った时点と観测されたタンパク质构造の主な変化
タンパク质が光で反応を开始してから、ナノ秒からミリ秒における13时点でタンパク质の构造変化を追跡した。得られた构造を解析したところ、主に4种类の中间体构造をとることがわかった。紫色のリボンで描かれた部分はタンパク质の主锁を示す。构造の内部の青と黄色の部分は动く前の构造と比べて変化が起きたことを示し、黄色の部分にあった原子が青色の部分に移动したことを意味する。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Eriko Nango, Antoine Royant, Minoru Kubo, Takanori Nakane, Cecilia Wickstrand, Tetsunari Kimura, Tomoyuki Tanaka, Kensuke Tono, Changyong Song, Rie Tanaka, Toshi Arima, Ayumi Yamashita, Jun Kobayashi, Toshiaki Hosaka, Eiichi Mizohata, Przemyslaw Nogly, Michihiro Sugahara, Daewoong Nam, Takashi Nomura, Tatsuro Shimamura, Dohyun Im, Takaaki Fujiwara, Yasuaki Yamanaka, Byeonghyun Jeon, Tomohiro Nishizawa, Kazumasa Oda, Masahiro Fukuda, Rebecka Andersson, Petra B?th, Robert Dods, Jan Davidsson, Shigeru Matsuoka, Satoshi Kawatake, Michio Murata, Osamu Nureki, Shigeki Owada, Takashi Kameshima, Takaki Hatsui, Yasumasa Joti, Gebhard Schertler, Makina Yabashi, Ana-Nicoleta Bondar, J?rg Standfuss, Richard Neutze, So Iwata. (2016). A three-dimensional movie of structural changes in bacteriorhodopsin. Science, 354(6319):1552-1557.
- 京都新聞（12月24日 24面）、産経新聞（12月23日 22面）および日本経済新聞（1月16日 15面）に掲載されました。
