大型単位胞タンパク質結晶をターゲットとしたJ-PARC中性子回折装置

Neutron diffractometer for protein crystallography covering large-unit-cell 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。しかし、ここで対象となる高分子量タンパク質は、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、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中性子回折装置の建設プロジェクトを推進している(J-PARC中性子実験装置部会での2次審査合格済)。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(有感面積300mm300mm。空間分解能2.5mm。設置数40台。立体角カバー率33%)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・製作を行っている。一方、中性子ガイド管設計では、非結合型減速材表面の高輝度部分(高さ400mm幅600mm。波長2.86以上において減速材表面全体の平均輝度に比べ1.24倍の輝度)のみを利用するように設計を行った。McStasコードによる軌跡シミュレーションから、試料位置での強度は510/cm/s(波長1.5 - 5.6(第1フレーム))と見積られている。

Many of 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 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 (800mm) and decoupled moderator as neutron source which has shorter pulse width. For covering large neutron detecting area large-area detector (sensitive area 300mm 300mm; spatial resolution 2.5mm; number of installations 40; solid angle coverage 33%) is being developed in collaboration with Neutron Instrumentation Section in J-PARC center. The neutron guide tube has been designed to use limited surface of the decoupled moderator with high luminescence (400mm high 600mm wide) whose luminosity is higher than that of average of the whole surface in the range over 2.86 of wavelength. According to ray-tracing simulation by McStas code, neutron flux at the sample position is estimated to be 5 10/cm/s in the wavelength range of 1.5 - 5.6 (first frame).