岩田想 医学研究科教授、桝田哲哉 農学研究科助教、菅原道泰 理化学研究所特別研究員、鈴木守 大阪大学准教授、登野健介 高輝度光科学研究センター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」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）」（多数の微結晶を含む液体などを噴射装置から噴出しながら、X線レーザーを照射し結晶の構造を解析する手法）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」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。
本研究成果は、英国の学術誌「Scientific Reports」（2017年4月6日号）に掲載されました。
研究者からのコメント
厂贵齿での解析では、安定に结晶を流すことが重要です。今回発见した、低ノイズ?低粘着性?低コストのヒドロキシエチルセルロースを利用することで、创薬ターゲットを含む多様なタンパク质の高分解能结晶构造解析が可能になると期待できます。
概要
厂贵齿には、试料に放射线损伤を与えず、従来の低温条件下（100碍、－173度）で行う実験とは异なり、生理条件（生体内）に近い温度でのタンパク质の立体构造（结晶构造）を决定できるという特性があります。しかし、10尘驳から100尘驳という大量のタンパク质から得た结晶を必要とするという课题がありました。そこで、本研究グループは2014年に、少量のタンパク质结晶を高粘度物质のグリースに混ぜてインジェクター（喷出装置）からゆっくりと押し出し、タンパク质结晶の齿线回折を行うことができる「グリースマトリックス法」を开発しました。グリースマトリックス法では、従来の液状试料をインジェクターから喷出する「液体ジェット法」と比べ、构造解析に必要なタンパク质结晶の量を10分の1から100分の1（使用するタンパク质は1尘驳以下）に軽减できました。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无视できないため、より低ノイズのヒアルロン酸を厂贵齿に导入しましたが、その高い粘着力ゆえに安定に结晶を流すことが难しく、また非常に高価であることも问题でした。
そこで今回、本研究グループは、タンパク質結晶輸送媒体として、ヒアルロン酸とよく似た高粘度で水溶性のハイドロゲルである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。SACLA BL3で、ヒドロキシエチルセルロース水溶液にタンパク質結晶を混ぜた試料を用いて、測定波長1.24もしくは0.95オングストローム（1オングストロームは100億分の1メートル）でSFXを行ったところ、それぞれ回折分解能1.8、1.45、および1.55オングストロームの回折データセットを収集できました。約1時間の測定時間で、構造解析に利用可能な30,000枚から40,000枚の回折イメージを収集でき、これらのタンパク質結晶構造の決定に成功しました。
结晶输送媒体として、高粘度のヒドロキシエチルセルロースを用いて、结晶サイズ1μ尘のリゾチームから1.8オングストローム分解能で结晶构造决定に成功した。図中のピンク色のメッシュは电子密度、メッシュ内スティックモデルの黄色は硫黄原子、青色は窒素原子、赤色は酸素原子、灰色は炭素原子を示す。
详しい研究内容について
书誌情报
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Michihiro Sugahara, Takanori Nakane, Tetsuya Masuda, Mamoru Suzuki, Shigeyuki Inoue, Changyong Song, Rie Tanaka, Toru Nakatsu, Eiichi Mizohata, Fumiaki Yumoto, Kensuke Tono, Yasumasa Joti, Takashi Kameshima, Takaki Hatsui, Makina Yabashi, Osamu Nureki, Keiji Numata, Eriko Nango & So Iwata (2017). Hydroxyethyl cellulose matrix applied to serial crystallography. Scientific Reports, 7, 703.
- 科学新聞（4月21日 4面）に掲載されました。
