蛋白質の立体構造にタイムスタンプを付し構造遷移過程の全容を解明する手法の確立

建立蛋白质三维结构时间戳方法并阐明整个结构转变过程

基本信息

批准号：
22K18376
负责人：
清水啓史
金额：
$ 16.64万
依托单位：
University of Fukui
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18376/
关键词：
1分子計測蛋白質 X線回折単粒子構造解析

项目摘要

蛋白質は機能を発揮する際に立体構造変化を伴う。X線・電子線結晶構造解析の成果により、安定な状態の立体構造情報が蓄積していく一方で、機能発現に伴う構造変化、特に遷移過程については知見が少ない。近年、スナップショットとして得られている安定した構造だけでなく、構造変化の遷移過程における準安定状態が機能発現において重要であることが指摘されている。そこで本研究では、X線1分子動態計測法、電子線単粒子解析法、計算機シミュレーションを融合して、蛋白質の立体構造に時刻の情報を付加し、構造変化過程の全体像を可視化する手法を確立することを目指している。22年度は、X線1分子動態計測実験では、構造遷移過程の詳細を明らかにするためのデータ蓄積を行うとともに、運動の開始点をそろえるための観測チャンバ開発を行った。また、単粒子解析法では、データ解析に資する観測粒子数を増やすとともに、構造解析を行った。その結果、急速に溶液条件を変化させることが可能なシステム開発に成功するともに、これまでに知られていなかった新規構造を解明した。X線1分子動態計測法では金ナノ結晶を観測プローブとして、蛋白質の構造変化の遷移過程をサブミリ秒の時間分解能で連続的に記録することができる。また、単粒子解析法では生理的な条件で立体構造解析が可能であり、同一条件下で複数の構造を分類して得られる。X線1分子動態計測計測実験、単粒子構造解析の結果は、日本生理学会で報告し、観測チャンバ開発の結果は、CHEMINASで発表予定である。研究開始当初の見通しより早く研究が進展している。

蛋白质在发挥其功能时会发生构象变化。尽管X射线和电子束晶体结构分析的结果已经积累了稳定态三维结构的信息，但对伴随功能表达的结构变化，特别是转变过程知之甚少。近年来，人们指出，不仅作为快照获得的稳定结构，而且结构变化过渡过程中的亚稳态对于功能表达也很重要。因此，在本研究中，我们开发了一种结合X射线单分子动力学测量、电子束单粒子分析和计算机模拟的方法，为蛋白质的3D结构添加时间信息，并可视化整个结构变化过程。这。 2012年度，在X射线单分子动力学测量实验中，我们积累了数据以明确结构转变过程的细节，并开发了观察室以对准运动的起点。此外，在单粒子分析方法中，我们增加了有助于数据分析的观察粒子数量并进行了结构分析。结果，他们成功开发了一种可以快速改变溶液条件的系统，并且还阐明了一种以前未知的新结构。 X射线单分子动力学测量采用金纳米晶作为观测探针，以亚毫秒时间分辨率连续记录蛋白质结构变化的转变过程。此外，单粒子分析可以在生理条件下进行三维结构分析，在相同条件下可以分类并获得多种结构。 X射线单分子动力学测量实验和单粒子结构分析的结果将在日本生理学会上报告，观察室开发的结果将在CHEMINAS上展示。研究进展比研究之初的预期要快。