中性子回折による創薬標的蛋白質の構造解析

Structure determination of drug target proteins by neutron crystallography

玉田 太郎; 安達 基泰

Tamada, Taro; Adachi, Motoyasu

水素原子の中性子散乱長は炭素や酸素原子などと同程度であるため、X線結晶構造解析では0.1nm以上の高分解能でなければ決定できない水素原子の位置を、中性子結晶構造解析では通常の分解能(0.2nm程度)で容易に決定できる。また、この2つの方法で観測される水素原子の位置には違いがあり、特殊な環境に存在する酵素の触媒基の電子状態と原子核の位置にどのような違いがあるのかは大変興味深い。このように中性子とX線の特徴的な違いをうまく利用した構造解析を行えば、タンパク質が関与するさまざまな生命反応をより深く理解することが可能になると思われる。最近、われわれは2例の創薬標的蛋白質と医薬品候補分子(阻害剤)複合体の中性子構造解析に成功した。1つはHIV-1プロテアーゼ/KNI-272複合体、もう1つはブタ膵臓エラスターゼ/FR130180複合体であり、いずれの結果もX線では観察が難しい触媒残基の解離状態を明らかにできた。これらの知見は、創薬標的酵素の触媒機構の理解を深めるとともに、より効果的な治療薬の開発に繋がるものと期待される。

Neutron diffraction data can provide information of the location of hydrogen atoms to the structural information determined by X-ray crystallography. Here, we show the recent results of the structural determination of drug-target proteins, porcine pancreatic elastase and human immuno-deficiency virus type-1 protease by both X-ray and neutron diffraction. The structure of porcine pancreatic elastase with its potent inhibitor was determined to 0.094 nm resolution by X-ray diffraction and 0.165 nm resolution by neutron diffraction. The structure of HIV-PR with its potent inhibitor was also determined to 0.093 nm resolution by X-ray diffraction and 0.19nm resolution by neutron diffraction. The ionization state and the location of hydrogen atoms of the catalytic residue in these enzymes were determined by neutron diffraction.