2023年 | プレスリリース?研究成果
温度による酵素の構造変化を分子動画撮影 様々な生体高分子のダイナミクスを決定する新たな方法論
【本学研究者情報】
〇多元物質科学研究所 教授 南後恵理子
研究室ウェブサイト
【発表のポイント】
- タンパク質分子の動きを可視化する新たな方法を開発しました。
- 熱を引き金としたタンパク質分子の構造変化を原子レベルで観察した世界初の報告です。
- 様々なタンパク質における構造変化や反応の観察が可能となり、新たな分子設計の指針となることが期待されます。
【概要】
生命維持に必須であるタンパク質は巧みに構造変化を起こすことから、タンパク質の複雑な機能と深い相関を持つ"動き"に興味が持たれてきました。最近、X線自由電子レーザー（XFEL）（注1）を用いて、タンパク質の動きを原子レベルで動画として可視化する方法が確立されましたが、この方法が使えるのは光で反応するタンパク質に限られていました。今回、東北大学多元物質科学研究所の南後恵理子教授（理化学研究所放射光科学研究センター チームリーダー）、大和田成起主幹研究員（高輝度光科学研究センター XFEL利用研究推進室 先端光源利用研究グループ 実験技術開発チーム）、久保 稔教授（兵庫県立大学大学院理学研究科）、岩田想教授（京都大学大学院医学研究科）およびカリフォルニア大学の共同研究グループは、近赤外線レーザーによって温度を急激に上昇させる方法を組み合わせた、新たな分子動画解析法を開発しました。これにより熱によって引き起こされる酵素内部の構造変化を捉えることに初めて成功しました。
本研究成果は、2023年9月18日公開（現地時間）のNature Chemistry誌に掲載されました。
図1. リゾチーム結晶（阻害剤無）に近赤外線レーザーを照射した後の構造変化。アミノ酸残基の構造モデルを線で表し、炭素原子は灰色、酸素原子は赤色、窒素原子は青色で表記している。黄色と薄青色のマップは照射後と照射前の電子密度の変化を表し、黄色は負、薄青色は正の電子密度図を意味する。モデルの上に負の電子密度がある場合は、そのモデル上の原子が移動したことを示し、正の電子密度がある部分は新たに原子や分子が存在することを意味する。
【用語解説】
注1．X線自由電子レーザー（XFEL）：X線領域におけるレーザーのこと。従来の半導体や気体を発振媒体とするレーザーとは異なり、真空中を高速で移動する電子ビームを媒体とするため、原理的な波長の制限はない。また、数フェムト秒（1フェムト秒は1,000兆分の1秒）の超短パルスを出力する。XFELはX-ray Free Electron Laserの略。
問い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
教授 南後 恵理子（なんご えりこ）
TEL: 022-217-5344
E-mail: eriko.nango.c4*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
広報情報室
TEL: 022-217-5198
E-mail: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
