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田代 孝二*; 日下 勝弘*; 細谷 孝明*; 大原 高志; 塙坂 真*; 吉澤 功徳*; 山元 博子*; 新村 信雄*; 田中 伊知朗*; 栗原 和男*; et al.
Macromolecules, 51(11), p.3911 - 3922, 2018/06
被引用回数：5 パーセンタイル：18.18(Polymer Science)The crystal structure of polydiacetylene giant single crystal has been analyzed on the basis of the two different methods of wide-angle neutron diffraction and X-ray diffraction. The X-ray result gives us the total electron density distribution. The neutron result tells the positions of atomic nuclei. As a result, the so-called bonded (or deformed) electron density, i.e., the electron density distribution due to the conjugation among the covalently bonded atoms along the polymer chain, can be estimated using the two information. The present report is the first example of the application of X-N method to the synthetic polymer species.
友寄 克亮; 栗原 和男; 玉田 太郎; 黒木 良太
JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036004_1 - 036004_6, 2015/09
J-PARC/MLFにおいて、250
格子長をもつ長格子蛋白質結晶の中性子回折データの収集を行うため、飛行時間型の高分解能生体高分子用中性子回折計の建設を計画している。我々は、250格子長とd
=2.0の反射をターゲットとしたデータ収集を実現するために、適切な線源として非結合型減速材を選択することとした。必要な中性子フラックスおよびパルス幅を考慮し、我々は、減速材、中性子ガイド、サンプルサイズ、中性子検出器を含む単純な装置モデルを考え、ブラッグ反射の分離性能とJ-PARC/MLFでの長格子蛋白質結晶を対象にした新しい回折計設計のための装置パラメータの評価を行った。長格子蛋白質結晶のブラッグ反射分離には、散乱角の増加とともに全飛行距離の延長することが有効である。一方、中角領域(2
90
)での分解可能な検出能を確保するためには、角度発散角を制限することが必要になる。減速材とガイド管の見込む最大角0.2の場合、散乱角(290)から背面バンクの散乱角領域で、格子長250を超える蛋白質結晶のd=2.0の反射が、分離可能となり得ることが分かった。
友寄 克亮; 平野 優; 栗原 和男; 玉田 太郎
Journal of Physics; Conference Series, 664, p.072049_1 - 072049_7, 2015/00
被引用回数：4 パーセンタイル：82.07(Physics, Nuclear)蛋白質等の生体高分子の単結晶回折測定において、プロファイル関数を用いた積分法は弱いブラッグ反射の積分強度精度の向上に有効な手法であり、大強度陽子加速器施設(J-PARC)をはじめとする国内外の大強度パルス中性子線源に設置された単結晶回折装置における回折データ処理においても、その有効性が期待されている。本手法を中性子回折データ処理に適応する場合、水素原子の非干渉性散乱由来の強いバックグラウンドを正確に見積もることが鍵となる。我々は、バックグラウンド評価の際に、統計的に強度の弱いピークを認識するだけでなく、データソーススペクトルからの複数次元(x, y, TOF)のバックグラウンドの除去が可能なSNIP(Statistics-sensitive Nonlinear Iterative Peak-clipping)アルゴリズムを適用することを提案している。本研究では、蛋白質のパルス中性子回折実験で得られた実データのソーススペクトルに対して本アルゴリズムを適用することによるバックグラウンド除去を試みた。次に、TOFのピーク形状を忠実に再現するランダウあるいはバビロフ関数をガウス関数に畳み込んだ関数を、バックグラウンドを除去した一次元TOFヒストグラムデータに適用することにより、回折ピークへのフィッティングと積分を試みた。その結果、蛋白質結晶中の水素原子に起因する強いバックグラウンドに対して、空間方向だけでなく波長によってピーク幅が異なるTOF方向に対しても精度よくバックグラウンド除去が可能であることが分かった。
田代 孝二*; 塙坂 真*; 山元 博子*; Wasanasuk, K.*; Jayaratri, P.*; 吉澤 功徳*; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 日下 勝弘*; 細谷 孝明*; et al.
高分子論文集, 71(11), p.508 - 526, 2014/11
被引用回数：6 パーセンタイル：22.37(Polymer Science)高分子結晶構造の詳細を、水素原子位置まで含めて明らかにすることを目的とし、高エネルギーX線および中性子回折データの収集ならびにそれらの解析結果を、さまざまの結晶性高分子を例として総合的に記述した。まず、最近にまで至る高分子構造解析手法の発展について概要を述べるとともに、それらの各段階における問題点について考察した。斜方晶型ポリエチレン、アタクティックポリビニルアルコール、ポリ乳酸およびそのステレオコンプレックスなど、いろいろの意味で重要な高分子について、これまでに提案されてきた構造を再吟味するとともに、新たに提案した構造について記述した。水素原子位置についても精確に決定された場合は、それらの構造情報に基づく極限力学物性の定量的予測を行った。さらにはポリジアセチレンの場合について、X線および中性子構造解析によって得られた精密な電子密度分布および原子位置座標の情報にいわゆるX-N法を適用し、主鎖骨格に沿った結合電子密度分布についての導出についても言及した。構造物性相関解明における高分子結晶構造解析の今後の展開についても言及した。
栗原 和男; 玉田 太郎
波紋, 24(3), p.190 - 199, 2014/08
中性子源強度の低さに加えて生体高分子結晶の回折能の弱さを克服するために、生体高分子に対する中性子結晶構造研究の分野においては、これまでに数々の装置・技術が開発されてきた。例えば、弾性湾曲完全結晶シリコンモノクロメータは試料位置での入射中性子強度の増大に貢献し、2次元中性子検出器である中性子イメージングプレート(NIP)は、検出面積の大型化をもたらした。特に、NIPの開発成功はこの研究分野でのブレークスルーとなった。さらに、その後の低温環境下での測定や大型結晶の育成、試料の重水素化に対する技術の進歩は、さらなる回折測定効率の向上につながっている。現在、研究用原子炉で稼働している生体高分子用中性子回折装置は世界全体で6台まで増えてきた(加えて1台がコミッショニング中。また、パルス中性子源で稼働する回折装置は3台)。このように、中性子結晶構造解析は生体高分子の立体構造研究のための一般的に使われる手法になろうとしている
; Assignment of bound diatomic molecules as O
村川 武志*; 林 秀行*; 角南 智子; 栗原 和男; 玉田 太郎; 黒木 良太; 鈴木 守*; 谷澤 克行*; 岡島 俊英*
Acta Crystallographica Section D, 69(12), p.2483 - 2494, 2013/12
被引用回数：14 パーセンタイル：68.77(Biochemical Research Methods)アルスロバクター-グロビフォルミス由来銅アミン酸化酵素の結晶構造を抗凍結剤として低分子ポリエチレングリコール(LMW PEG; 平均分子量
200)を用いて1.08分解能で決定した。最終的な結晶構造学的
因子と
値は、それぞれ13.0%と15.0
であった。LMW PEGの幾つかの分子は、活性部位を含むタンパク質内部の空洞を占めており、それが分子全体の温度因子の著しい低下をもたらし、結果として、単量体分子量が約70,000と比較的大きなタンパク質にも拘わらず原子分解能の構造に至ったことがわかった。推定される全水素原子の約40%は、
-
差図中に明確な電子密度を持って観察され、複数のマイナーな配座異性体も多くの残基に対して同定された。また、翻訳後に誘導されたキノン補因子と銅原子を含む活性部位における異方的な変位の揺らぎを見積った。さらに、複数の二原子分子、恐らく分子性酸素がタンパク質と結合し、そのうちの一つは二量体界面の中央に位置する空洞から活性部位まで基質である二原子酸素のための進入経路として以前から提案されている領域に位置していた。
日下 勝弘*; 細谷 孝明*; 山田 太郎*; 友寄 克亮; 大原 高志; 片桐 政樹*; 栗原 和男; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*
Journal of Synchrotron Radiation, 20(6), p.994 - 998, 2013/11
被引用回数：37 パーセンタイル：85.99(Instruments & Instrumentation)茨城生命物質構造解析装置iBIXは、主にあらゆる生命維持に関わる生体巨大分子の水素、プロトネーションや水和構造解明を目的とした飛行時間型中性子単結晶回折計である。2008年後半から、iBIXは茨城大学の支援によりユーザ実験に利用されている。2012年8月から既存の14台の検出器の更新が行われ、16台の新しい検出器がiBIXに設置された。現在の回折計の測定効率は、加速器出力の増加に伴い、以前の測定効率に比べて1オーダ改善した。2012年12月には、アップグレードされた検出器を用いた運用のコミッショニングに成功し、標準蛋白質であるリボヌクレアーゼAの回折データセット収集が試みられた。検出器アップグレード以前データ収集を行ったリボヌクレアーゼAの結果と比較し、最新のiBIXの性能評価を実施した結果、回折データの分解能、等価反射強度および構造精密化のR-factorが劇的に改善した。iBIXは世界で最も高性能な生物専用の中性子単結晶回折装置の一つであると予想される。
横山 武司*; 水口 峰之*; 鍋島 裕子*; 日下 勝弘*; 山田 太郎*; 細谷 孝明*; 大原 高志; 栗原 和男; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*
Journal of Synchrotron Radiation, 20(6), p.834 - 837, 2013/11
被引用回数：6 パーセンタイル：33.62(Instruments & Instrumentation)トランスサイレチン(TTR)は4量体で形成されるタンパク質である。TTRの誤った折り畳みや凝集はヒトのアミロイド疾患と関連がある。また、TTR四量体の解離はアミロイド線維形成カスケードの律速段階であると信じられている。さらに、低いpHは単量体への解離とアミロイド線維の形成を促進すると知られている。これらTTRのpH感受性と立体構造安定性に内在する分子機構を明らかにするために、茨城県生命物質構造解析装置を用いた飛行時間法による中性子回折実験を行った。本実験では、2.5mm
の体積を持つ結晶(育成期間: 4か月)を使用した。2.0分解能での中性子結晶構造解析の結果から、ヒスチジン88番残基のプロトン化状態とその状態に依存する水素結合ネットワークの詳細が明らかになった。この水素結合ネットワークは単量体・単量体間と二量体・二量体間の相互作用に関わっており、この結果から、酸性化によるヒスチジン88番残基の二重プロトン化がその水素結合ネットワークを破壊しTTR四量体の解離を引き起こすことが示唆された。また、酸性pHでのX線結晶構造との比較から、TTRのpH感受性の要因となる3つのアミノ酸残基が同定された。我々の中性子結晶構造モデルは、アミロイド症に関連する分子構造安定性を理解する上での手掛かりとなる。
-thrombin-bivalirubin complex at pD 5.0; Protonation states and hydration structure of the enzyme-product complex山田 太郎*; 栗原 和男; 大西 裕季*; 玉田 太郎; 友寄 克亮; 桝見 賢司*; 田中 伊知朗*; 黒木 良太; 新村 信雄*
Biochimica et Biophysica Acta; Proteins and Proteomics, 1834(8), p.1532 - 1538, 2013/08
被引用回数：17 パーセンタイル：48.69(Biochemistry & Molecular Biology)-トロンビン-ビバリルジン複合体のプロトン化状態と水和構造をX線(1.6)/中性子(2.8)単結晶回折データによる同時構造精密化により明らかにした。原子間距離については別途、1.25のX線結晶構造解析により評価した。この複合体は、-トロンビンの酵素・生成物(EP)複合体のモデルとなる。活性化部位周囲の中性子散乱長図は、H57/Hの側鎖が重水素化されていることを示唆する。この同時精密化により、H57/HのD
1とD
2の占有率がそれぞれ1.0と0.7であると示された。しかしながら、S195/Hのヒドロキシル基のO
周囲には有意な中性子散乱長密度が観察されなかった。また、そのOは、dFPR-COOHのカルボキシル基炭素に近接していた。これらの観察から、S195/HのOは脱プロトン化されており、EP複合体において求核性を維持していると示唆された。また、活性化部位に加えて、ビバリルジンの認識に関与するS1サブサイトとエキソサイトIに水和構造が存在することが分かった。
protease I at pD 8.0; Protonation states and hydration structure in the free-form大西 裕季*; 山田 太郎*; 栗原 和男; 田中 伊知朗*; 崎山 文夫*; 正木 武治*; 新村 信雄*
Biochimica et Biophysica Acta; Proteins and Proteomics, 1834(8), p.1642 - 1647, 2013/08
被引用回数：8 パーセンタイル：20.86(Biochemistry & Molecular Biology)セリンプロテアーゼの鍵となる触媒残基のプロトン化状態を調べるため、pD8.0におけるリガンド非結合型クロモバクタープロテアーゼI(API)の構造を単結晶X線と中性子回折データの同時使用によって精密化した。リガンド非結合型APIの活性部位における触媒三残基の占有率精密化により、H57のイミダゾール環の約30%、S197のヒドロキシル基の約70が重水素化されていることが示された。この観察結果は、S197の多くが基質と結合していない状態でもプロトン化されていることを示す。API中の触媒三残基のプロトン化状態をウシ由来
-trypsin-BPTI複合体と比較することにより、基質のS197への近接はS197のヒドロキシル基の酸性を低下し得て、それによってH57はS194のヒドロキシル基から水素を引き抜くことができるという仮説が導かれた。また、APIに特異な残基であるH210は、触媒三残基D113と水素結合を形成していないが、代わりに、H210はS176、H177、一個の水和水と水素結合ネットワークを形成する。大きく疎水性な残基W169が近接することによりこの水素結合ネットワークを保護し、広範囲のpHに渡るAPIの機能を安定化しているかも知れない
三枝 純; 操上 広志; 安田 良; 栗原 和男; 新井 栄揮; 黒木 良太; 松橋 信平; 小澤 隆志; 後藤 浩明; 高野 隆夫; et al.
Health Physics, 104(3), p.243 - 250, 2013/03
被引用回数：3 パーセンタイル：25.73(Environmental Sciences)2011年3月の原子力発電所事故を受け、福島県内の多くの学校プールでは、放射性セシウムを含んだ水が農地に放出されることへの懸念から、プール水が排水できないままにあった。原子力機構では、プール水を除染するための方法として、各種のセシウム吸着材を使った方法や凝集沈殿法について調査・検討を行った。この結果をもとに、福島県内の学校プールにおいて除染の実証試験を行い、手法の見直しや改良を進めることにより、プール水の除染方法を構築した。
玉田 太郎; 安達 基泰; 栗原 和男; 黒木 良太
日本結晶学会誌, 55(1), p.47 - 51, 2013/02
生体内化学反応の原子レベルでの理解において、化学反応の直接の担い手である水素原子や水分子の挙動を知る場合には、中性子をプローブとする立体構造解析は大きな力を発揮する。本稿では、中性子を用いたタンパク質の結晶構造解析の手順と酵素反応機構の解明を目指した中性子結晶構造解析例を示すとともに、著者らがJ-PARC/MLFに建設提案を行った新しい中性子回折装置(生体高分子専用高分解能中性子回折計)についても紹介する。
1-tetrahydrocannabinolic acid (THCA) synthase, the enzyme controlling the psychoactivity of 
正山 祥生*; 玉田 太郎; 栗原 和男; 竹内 彩子*; 田浦 太志*; 新井 栄揮; Blaber, M.*; 正山 征洋*; 森元 聡*; 黒木 良太
Journal of Molecular Biology, 423(1), p.96 - 105, 2012/10
被引用回数：82 パーセンタイル：89.24(Biochemistry & Molecular Biology)1-テトラヒドロカンナビノール酸(THCA)合成酵素は、基質であるカンナビゲロール酸の酸化的閉環反応を触媒し、大麻の幻覚活性をつかさどる1-テトラヒドロカンナビノールの前駆体であるTHCAを合成する。本研究では、THCA合成酵素のX線結晶解析及び変異体を用いた活性測定を実施し、THCA合成酵素の機能-構造相関の解明を試みた。2.75分解能で決定した立体構造情報に変異体解析結果を組合せことにより、THCA合成酵素の活性に寄与する残基を同定した。
H
ONHPbBr
studied using single-crystal neutron diffraction川崎 卓郎; 高橋 美和子*; 大原 高志*; 田中 伊知朗*; 日下 勝弘*; 細谷 孝明*; 山田 太郎*; 栗原 和男
Journal of the Physical Society of Japan, 81(9), p.094602_1 - 094602_6, 2012/09
被引用回数：7 パーセンタイル：46.7(Physics, Multidisciplinary)The structure of inorganic-organic perovskite morpholinium tribromoplumbate CHONHPbBr has been studied using single-crystal neutron diffraction with the time-of-flight Laue technique. Nuclear positions and anisotropic atomic displacement parameters of all the atoms are determined with high accuracy. The accuracy of bond lengths and angles in the organic part was almost one digit higher than that of X-ray data, showing the advantage of the neutron Laue technique for the structural study of the present system. The blue-shift in the band gap owing to the distortion in the inorganic octahedra is found in the optical diffuse reflection spectrum and in the electron density of state calculated by ab-initio band calculation.
横山 武司*; 水口 峰之*; 鍋島 裕子*; 日下 勝弘*; 山田 太郎*; 細谷 孝明*; 大原 高志*; 栗原 和男; 友寄 克亮*; 田中 伊知朗*; et al.
Journal of Structural Biology, 177(2), p.283 - 290, 2012/02
被引用回数：48 パーセンタイル：83.41(Biochemistry & Molecular Biology)Transthyretin (TTR) is a tetrameric protein associated with human amyloidosis. In vitro, the formation of amyloid fibrils by TTR is known to be promoted by low pH. Here we show the neutron structure of TTR, focusing on the hydrogen bonds, protonation states and pH sensitivities. A large crystal was prepared at pD 7.4 for neutron protein crystallography. Neutron diffraction studies were conducted using the IBARAKI Biological Crystal Diffractometer with the time-of-flight method. The neutron structure solved at 2.0 resolution revealed the protonation states of His88 and the detailed hydrogen-bond network depending on the protonation states of His88. This hydrogen-bond network is composed of Thr75, Trp79, His88, Ser112, Pro113, Thr118-B and four water molecules, and is involved in both monomer-monomer and dimer-dimer interactions, suggesting that the double protonation of His88 by acidification breaks the hydrogen-bond network and causes the destabilization of the TTR tetramer. In addition, the comparison with X-ray structure at pH 4.0 indicated that the protonation occurred to Asp74, His88 and Glu89 at pH 4.0. Our neutron model provides insights into the molecular stability of TTR related to the hydrogen-bond network, the pH sensitivity and the CH...O weak hydrogen bond.
HB8岡崎 伸生; 安達 基泰; 玉田 太郎; 栗原 和男; 大賀 拓史*; 神谷 信夫*; 倉光 成紀*; 黒木 良太
Acta Crystallographica Section F, 68(1), p.49 - 52, 2012/01
被引用回数：2 パーセンタイル：32.79(Biochemical Research Methods)ADP-ribose pyrophosphatase-I from HB8 (
ADPRase-I) prevents the intracellular accumulation of ADP-ribose by hydrolyzing it to AMP and ribose 5'-phosphate. To understand the catalytic mechanism of ADPRase-I, it is necessary to investigate the role of glutamates and metal ions as well as the coordination of water molecules located at the active site. A macroseeding method was developed in order to obtain a large ADPRase-I crystal which was suitable for a neutron diffraction study to provide structural information. Neutron and X-ray diffraction experiments were performed at room temperature using the same crystal. The crystal diffracted to 2.1 and 1.5 resolution in the neutron and X-ray diffraction experiments, respectively. The crystal belonged to the primitive space group 
321, with unit-cell parameters 
= 
= 50.7, 
= 119 .
form on the basis of the 2-dimensional wide-angle synchrotron X-ray and neutron diffraction measurementsWasanasuk, K.*; 田代 孝二*; 塙坂 真*; 大原 高志*; 栗原 和男; 黒木 良太; 玉田 太郎; 尾関 智二*; 金元 哲夫*
Macromolecules, 44(16), p.6441 - 6452, 2011/07
被引用回数：186 パーセンタイル：98.62(Polymer Science)ポリL乳酸型の結晶構造を、超延伸試料 を用いて、2次元広角X線(WAXD)及び中性子(WAND)回折によって詳しく解析した。WAXDデータは、SPring-8において波長0.328の高エネルギーX線ビームを用いて、WANDデータはJRR-3に設置されたBIX3において波長1.510の中性子ビームを用いて収集された。結晶構造の初期モデルは-150Cで観測された約700のX線反射を用いて、空間群を2
22と仮定した直接法によって決定された。直接法によって得られた結晶構造モデルは、
値が-150Cで18.2%、25Cで23.2%となるまで精密化された。得られた分子鎖のコンフォメーションは、鎖軸に沿った2のらせん対称を有する歪んだ(10/3)らせん型をとっていた。しかしながら、幾つかの禁制反射が00l反射において検出され、分子鎖に沿った2のらせん対称を消去することが必要であった。そこで、空間群を2と仮定することにより構造精密化を進めた結果、最終的に得られた値は-150Cで19.3%、25Cで19.4%であった。2のらせん対称の構造偏差はわずかで、すべての層線において精密化されたモデルは観測された反射プロファイルをよく再現することがわかった。得られたX線結晶構造を用いた中性子(WAND)解析を実施した結果、観測された92の反射において値は25Cで23.0%であり、層線プロファイルの実測値と計算値はよく一致した。
川村 健治*; 山田 太郎*; 栗原 和男; 玉田 太郎; 黒木 良太; 田中 伊知朗*; 高橋 東之*; 新村 信雄*
Acta Crystallographica Section D, 67(2), p.140 - 148, 2011/02
被引用回数：28 パーセンタイル：88.53(Biochemical Research Methods)In this work, the crystal structure of the -trypsin-bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) complex was refined and the D and H atoms in the complex were identified using data from both 1.6 resolution X-ray diffraction and 2.15 resolution neutron diffraction. After crystallization in an HO solution, the sample crystal was soaked in a DO solution for about two weeks. The protonation states of the catalytic triad (Asp102, His57 and Ser195) were observed. These results confirmed that the nucleophilic reactivity of the hydroxyl group of Ser195 was increased by forming a hydrogen bond with His57. According to structural analysis, the trypsin-BPTI interfaces located at the scissile peptide and the active sites were inaccessible to solvent water, and the amide H atoms of P2' Arg17/I, Gly216/E and Gly193/E at the binding interface were protected from H/D exchange. In contrast, both the amide H atom of P1' Ala16/I of the scissile peptide bond P1-P1' and the H atom between His57 N
and Ser195 O
were replaced by D atoms. The hydrogen-bond networks at the S1 pocket were also confirmed and discussed from the viewpoint of substrate recognition. Moreover, the first neutron crystallographic structure of the Michaelis complex state of trypsin-BPTI is presented.
黒木 良太; 岡崎 伸生; 安達 基泰; 大原 高志; 栗原 和男; 玉田 太郎
Acta Crystallographica Section D, 66(11), p.1126 - 1130, 2010/11
被引用回数：2 パーセンタイル：30.11(Biochemical Research Methods)酵素は重要な創薬標的蛋白質の一つである。酵素の反応メカニズムや基質・阻害剤との相互作用様式についての知見は、医薬品候補分子の設計において有用な情報を与える。中性子を用いる蛋白質の立体構造解析は、酵素の機能や分子認識において重要な役割を有する水素原子に関して、重要な情報を提供することができる。原子力機構の研究炉(JRR3)に設置された生体高分子用中性子回折計(BIX-3/4)を用いて実施した、2つの創薬標的蛋白質(ヒト免疫不全ウイルス及び膵臓エラスターゼと遷移状態アナログとの複合体)の中性子立体構造解析の結果について紹介する。
田中 伊知朗*; 日下 勝弘*; 細谷 孝明*; 新村 信雄*; 大原 高志*; 栗原 和男; 山田 太郎*; 大西 裕季*; 友寄 克亮*; 横山 武司*
Acta Crystallographica Section D, 66(11), p.1194 - 1197, 2010/11
被引用回数：49 パーセンタイル：94.6(Biochemical Research Methods)次世代中性子線源であるJ-PARCに建設された茨城県生命物質構造解析装置(iBIX)は、2008年12月から運転を開始した。有機化合物結晶を用いた予備的な測定及び構造解析の結果、iBIXはJ-PARCの最終出力の1/8にあたる120kWでも十分な測定効率を発揮しており、タンパク質結晶の構造解析にも十分対応できることが明らかとなった。
