Neutron diffractometer covering protein crystals with large unit cell at J-PARC

大型格子タンパク質結晶を測定可能にするJ-PARC中性子回折装置

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。しかし、ここで対象となるタンパク質は高分子量であるため、試料結晶の単位胞体積も大きくなり、従来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(目標格子長250)をも測定可能にする中性子回折装置の建設を提案している。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。L1=33.5m、ビーム角度分散0.4deg、結晶サイズ2mm角という条件の下、本装置は各格子長220を持つ結晶からの2.0分解能の回折スポットを分離可能であると評価されている。本装置を実現するために必要な大面積検出器(300mm300mm程度)は、J-PARCセンター・中性子基盤セクションと連携して開発を行っている。最終的に本装置では、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。

Many proteins, especially membrane proteins and protein complexes, have larger molecular weight and then unit cells of their crystals have larger volume. Therefore, our group had designed the diffractometer which can cover such crystals with large unit cell volume (target lattice length: 250 ) at J-PARC. In order to separate spots closer to each other in spatial as well as time dimension in diffraction images, our proposed diffractometer adopts longer camera distance (L2 = 800 mm) and selects decoupled hydrogen moderator as neutron source which has shorter pulse width. Under the conditions that L1 is 33.5 m, beam divergence 0.4 deg and crystal edge size 2 mm, this diffractometer is estimated to be able to resolves spots diffracted from crystals with a lattice length of 220 in each axis at d-space of 2.0 . In order to cover large neutron detecting area due to long camera distance, novel large-area detector (larger than 300 mm 300 mm) with a spatial resolution of better than 2.5 mm is under development. The final gain factor of this diffractometer is estimated to be about 20 or larger as compared with BIX-3/4 diffractometers operated in the research reactor JRR-3 at JAEA.