蛋白質の階層構造ダイナミクスの解明

Clarification of hierarchical dynamics in protein

中川 洋   ; 井上 倫太郎*; 小田 隆*; 矢木-内海 真穂*; 齋尾 智英*; 苙口 友隆*; 長田 裕也*; 杉山 正明*; 佐藤 衛*; 川北 至信  ; 岩瀬 裕希*; 富永 大輝*; 高田 慎一  

Nakagawa, Hiroshi; Inoue, Rintaro*; Oda, Takashi*; Yagi-Utsumi, Maho*; Saio, Tomohide*; Oroguchi, Tomotaka*; Nagata, Yuya*; Sugiyama, Masaaki*; Sato, Mamoru*; Kawakita, Yukinobu; Iwase, Hiroki*; Tominaga, Taiki*; Takata, Shinichi

蛋白質は階層構造と階層的なダイナミクスを持つ。生物機能に関わるナノメートルオーダーの階層構造、およびピコナノ秒の時間スケールでの構造・ダイナミクスの実験手法として中性子散乱が期待されている。BL02(中性子準弾性散乱装置)とBL15(中性子小角散乱装置)を用いて、これら時空間スケールの構造・ダイナミクスを解明することを目的として研究を開始した(MLF長期課題2019L0300)。本課題では、折り畳み蛋白質や天然変性蛋白質を含む特徴的な機能性マルチドメイン蛋白質を試料として、研究を推進した。幅広い専門分野の研究者が連携し、「中性子散乱の特徴を生かした蛋白質部分重水素化法」、「各種中性子分光器連携による広い時空間シームレス解析法」、「中性子と計算科学との連携による蛋白質ダイナミクスの可視化法」、「希薄蛋白溶液に対する中性子準弾性散乱測定手法」を開発し、我が国の蛋白質科学を先導する新世代中性子構造生物学を先導した。

Proteins have hierarchical structures and hierarchical dynamics. Neutron scattering is expected to be a promising experimental technique to study the hierarchical structure on the nanometer order related to biological functions and the structure and dynamics on the pico- to nanosecond time scale. The research was initiated with the aim of elucidating the structure and dynamics of these spatiotemporal scales (MLF Long-term Proposal 2019L0300). In this proposal, we used samples of characterized functional multidomain proteins, including folded proteins and naturally denatured proteins, to promote our research. Researchers in a wide range of specialized fields collaborated to develop "a protein partial deuteration method utilizing the features of neutron scattering", "a wide spatio-temporal seamless analysis method by linking various neutron spectrometers", "a method for visualizing protein dynamics by linking neutron and computational science," and "a neutron quasi-elastic scattering measurement method for dilute protein solutions" and to We have pioneered a new generation of neutron structural biology that will lead protein science in Japan.