透過型電子顕微鏡を用いた１分子トラッキングによるタンパク質の結晶化過程の解明

使用透射电子显微镜通过单分子追踪阐明蛋白质结晶过程

基本信息

批准号：
18J01470
负责人：
山崎智也
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

溶液セルを用いた透過型電子顕微鏡法（TEM）は、結晶化の初期過程である核生成を明らかにできることが期待される一方、その瞬間を捉えることが非常に困難である。これは、既存の溶液セルを用いたTEMでは、観察視野内において結晶化を促進するように濃度などを変化させることが困難であるためである。これを解決するため、放射線分解と溶解度を極端に低下させる貧溶媒を併せた手法や電極を溶液セルに導入して結晶化を促進させる手法の検討を行った。前者の手法では、塩素酸ナトリウムが飽和したアセトン溶液に電子ビームを照射すると、塩化ナトリウムが結晶化することが分かった。一方、塩素酸ナトリウムが飽和した水溶液に電子ビームを照射しても結晶化は観察されなかった。これらのことは、まず、塩素酸イオンがアセトンの放射線分解によって生成した還元剤により還元され、塩化物イオンが生成したことを示す。また、アセトンに対する塩化ナトリウムの溶解度が非常に低いため、すぐに塩化ナトリウムが溶け切れなくなって結晶化したと考えられる。一方、水の放射線分解ではアセトンよりも強力な還元剤が生成する。これは水溶液でも塩化物イオンが生成していることが期待され、観察視野で結晶化剤濃度を増加できることが期待できる。後者の手法では、タンパク質分子を電極周囲に集めるには溶液セル自体を設計、作製しなければならないため、既存の電極が搭載されたチップを用いて溶液セルを作製し、コロイドを試料として、電場を印加したときの応答をその場観察した。電極周囲にコロイド粒子が集まり、それが結晶化する様子が観察された。このことは、今回用いた実験系をスケールダウンすることでタンパク質の結晶化に応用に期待できる。このため、タンパク質の結晶化用の溶液セルを設計し、作製に着手した。

尽管使用溶液池的透射电子显微镜（TEM）有望能够澄清成核（结晶的初始过程），但捕捉成核瞬间却极其困难。这是因为，在使用现有溶液池的TEM中，难以改变浓度等以促进观察视野内的结晶化。为了解决这个问题，我们研究了一种将放射分解与大大降低溶解度的不良溶剂相结合的方法，以及一种通过将电极引入溶液池来促进结晶的方法。在前一种方法中，他们发现当用电子束照射氯酸钠饱和的丙酮溶液时，氯化钠会结晶。另一方面，即使用电子束照射氯酸钠饱和水溶液，也没有观察到结晶。由这些结果可知，首先，氯酸根离子被丙酮的放射分解生成的还原剂还原，生成氯离子。此外，由于氯化钠在丙酮中的溶解度极低，因此认为氯化钠不再能够溶解和结晶。另一方面，水的辐射分解产生比丙酮更强大的还原剂。预计这意味着即使在水溶液中也会产生氯离子，并且预计可在观察场中增加结晶剂的浓度。在后一种方法中，必须设计和制造溶液池本身，以便收集电极周围的蛋白质分子，因此使用配备现有电极的芯片创建溶液池，并使用胶体作为电场施加电场。现场观察应用时的反应。观察到胶体颗粒聚集在电极周围并结晶。通过缩小这次使用的实验系统，有望将其应用于蛋白质结晶。为此，我们设计了用于蛋白质结晶的溶液池并开始建造。

项目成果

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会议论文数量（0）

专利数量（0）

Sounding-rocket microgravity experiments on alumina dust

氧化铝粉尘的探空火箭微重力实验

DOI：
10.1038/s41467-018-06359-y
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
16.6
作者：
Ishizuka Shinnosuke;Kimura Yuki;Sakon Itsuki;Kimura Hiroshi;Yamazaki Tomoya;Takeuchi Shinsuke;Inatomi Yuko
通讯作者：
Inatomi Yuko

In situ observation of crystallization of a salt using an antisolvent by transmission electron microscopy

使用反溶剂通过透射电子显微镜原位观察盐的结晶

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tomoya Yamazaki; Yuki Kimura
通讯作者：
Yuki Kimura

Electron-beam-induced nucleation in an antisolvent

反溶剂中电子束诱导成核

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tomoya Yamazaki; Yuki Kimura
通讯作者：
Yuki Kimura

Radiolysis-Induced Crystallization of Sodium Chloride in Acetone by Electron Beam Irradiation

电子束辐照辐射解诱导丙酮中氯化钠结晶

DOI：
10.1017/s1431927621000179
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
2.8
作者：
Yamazaki Tomoya;Kimura Yuki
通讯作者：
Kimura Yuki

Immiscibility of Nucleating Aluminum Oxide Nanoparticles in Vapor

成核氧化铝纳米颗粒在蒸气中的不混溶性

DOI：
10.1021/acs.jpcc.8b08355
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ishizuka Shinnosuke;Kimura Yuki;Kawano Jun;Escribano Rafael;Yamazaki Tomoya;Hama Tetsuya;Sato Rikako
通讯作者：
Sato Rikako