Development of an effective screening system for growing high quality large volume crystals for combined neutron and X-ray crystallography

X線・中性子線を併用した結晶構造解析のための、高品質大型結晶作製スクリーニングシステムの開発

柴崎 千枝; 安達 基泰; 黒木 良太

Shibazaki, Chie; Adachi, Motoyasu; Kuroki, Ryota

生体分子の分子認識機構・反応触媒機構の解明のためには、X線と中性子線を併用した結晶構造解析が正確な水素原子の位置や触媒活性部位の水和構造を知るために必要となる。本研究では、中性子解析に必要な良質で大型の結晶を、効果的に作製する技術を確立するとともに、結晶化条件の知識データベースの構築を目指した。まず、結晶核生成を制御する添加剤に着目した新しいスクリーニングシステムを考案した。今回の発表では、新しいスクリーニングシステムを4種類のタンパク質に適用し、そのシステムの有効性を検討した。その結果、どの試料においてもスクリーニング条件内に結晶化ドロップに12個だけ結晶が析出する条件を見いだすことができた。今後は、今回スクリーニングを行ったタンパク質について大型結晶作製を進めるとともに、本スクリーニング系をできるだけ多くのタンパク質に適用することによって、結晶大型化のための知識データベースの構築を目指す。また、J-PARC/MLFに建設計画中の新装置(生体高分子専用高分解能中性子回折計)を効果的に利用することにより、医薬品開発やバイオエネルギー開発にも繋がると考えられる。

For elucidation of the molecular recognition and catalytic mechanism of biomolecules, not only the detailed molecular structure, but also the hydration structure of the catalytic site and the exact position of hydrogen atoms are important. Collaborative use of both neutron and X-ray crystallography is a powerful methodology to obtain this information. In such experiments, high quality single crystals with large volume enable us to obtain high resolution X-ray diffraction by reducing the effect of X-ray damage, and improve neutron diffraction data by increasing diffraction intensity. Two different approaches have been attempted to obtain large crystals. One is the periodic addition of protein solution to the mother liquor, and the other is to increase the volume of mother liquor. We report the result of increase of the mother liquor volume after focusing on additives and pH to control the nucleation of protein crystals using several proteins.