大型単位胞結晶をターゲットとしたJ-PARCタンパク質専用中性子回折装置

Neutron diffractometer for protein crystal covering large-unit-cell crystal at J-PARC

栗原 和男; 友寄 克亮; 玉田 太郎; 黒木 良太

Kurihara, Kazuo; Tomoyori, Katsuaki; Tamada, Taro; Kuroki, Ryota

膜タンパク質やタンパク質複合体などの立体構造解析に基づくタンパク質間相互作用の解明は、現代の生命科学研究における重要な領域である。この領域においても、中性子結晶構造解析から得られる水素原子や水和水の立体構造情報は、タンパク質の機能解明や高機能化に大きく寄与する。しかし、ここで対象となるタンパク質は高分子量のものが多く、試料結晶の単位胞体積も大きくなり、既存の中性子回折装置では対応できていない。そこで我々は、パルス中性子源を有するJ-PARC(大強度陽子加速器施設)に、大型単位胞結晶(目標値:格子長250)をも測定可能にするタンパク質単結晶専用の中性子回折装置の建設を提案し、J-PARC中性子実験装置部会において平成24年9月に2次(最終)審査に合格した。この測定実現には、空間方向に加え時間方向での反射スポットの分離が鍵となる。そこで、カメラ半径を長くし(800mm)、線源には中性子パルス時間幅が短い減速材(非結合型)を選択する。以上を実現するために必要な大面積検出器(300mm300mm程度)については、J-PARCセンター・中性子基盤セクションと連携して開発・製作を行う。本装置では、原子力機構・研究用原子炉JRR-3の生物用回折計(BIX-3, 4)に比べて、20倍以上の測定効率が期待される。

Molecular interaction study based on structural analysis of proteins like membrane proteins and protein complexes are an important research field in recent biological science. However, many of the target proteins have larger molecular weight and then unit cells of their crystals have larger volume, which is out of range of measurable unit cell volume for conventional diffractometers for neutron protein crystallography. Therefore, our group had designed the diffractometer which is able to cover such a crystal with large unit cell volume (target lattice length: 250). This proposal was accepted by Neutron Instrument Program Review Committee of J-PARC in September 2012. Larger unit cell volume causes a problem to separate spots closer to each other in spatial and time distribution in diffraction images. Therefore, our proposed diffractometer adopts longer camera distance (800 mm) and decoupled moderator as neutron source which has shorter pulse width. For covering large neutron detecting area due to long camera distance large-area detector ( 300 mm 300 mm) will be developed in collaboration with Neutron Instrumentation Section in J-PARC center. The gain factor of this diffractometer is estimated to be about 20 or larger as compared with BIX-3/4 diffractometers in JRR-3 at JAEA.