J-PARCを利用したタンパク質中性子結晶構造解析の現状と今後

Current status and future prospects of neutron protein crystallography at J-PARC

玉田 太郎; 平野 優; 友寄 克亮; 栗原 和男

Tamada, Taro; Hirano, Yu; Tomoyori, Katsuaki; Kurihara, Kazuo

原子力機構にはタンパク質の結晶構造解析に供することができる2つの中性子源が存在する。1つは研究用原子炉JRR-3で、我々のグループは2台の中性子回折計(BIX-3/4)を設置・管理しているが、東日本大震災以降、稼働停止状態が続いている。もう1つは大強度陽子加速器施設J-PARCの物質・生命科学実験施設MLFで、茨城県が設置した生命物質構造解析装置(iBIX)が運用中である。上記の現状を踏まえ、最近我々はiBIXを利用した中性子回折実験を積極的に展開している。この2年間に、4つのタンパク質の中性子回折データを収集したが、うち2つのタンパク質(電子伝達タンパク質)については1.1および1.4分解能とタンパク質としては高い分解能での回折データ収集に成功している。引き続き、構造解析を実施中であるが、興味深い水素原子の挙動も多数確認している。さらに、我々はMLFに新たな生体高分子専用中性子回折装置の設置準備を進めている。この装置は、大型単位格子(目標250)結晶からの回折データ収集が可能なように設計している。この新装置が稼働することにより、これまで解析の対象となりえていなかった膜タンパク質やタンパク質複合体の中性子結晶構造解析が実現すると考えている。設置に向けて、技術的にも解決しなければならない課題が複数存在しているが、J-PARCセンターと共同で課題解決に取り組んでいる。本発表では、原子力機構における上記の取り組みについて紹介する。

Two facilities for neutron protein crystallography have been installed in Japan Atomic Energy Agency. One is the research reactor, JRR-3, and the other is Material and Life science experimental Facility (MLF) in J-PARC. We have performed high-resolution neutron crystal structure analyses of two electron transfer proteins. We succeeded in data collection of these proteins at higher resolution, 1.1 (high-potential iron-sulfur protein) and 1.4 (NADH-cytochrome b5 reductase), using BL03 (iBIX) beamline in J-PARC/MLF. Joint neutron and X-ray crystallographic refinement is in progress, but we have already confirmed some characteristic hydorogens which have unideal geometries. In addition, we have a plan of installation of new diffractomer in J-PARC, which is able to cover such a crystal with large unit cell (~250). The operation of new diffractometer will allow neutron structure analyses of membrane proteins and protein complexes. In this presentation, we also talk about our approach for installation of new diffractomer.