ブックタイトル日本結晶学会誌Vol61No2

概要

日本結晶学会誌Vol61No2

日本結晶学会誌61，79-80（2019）最近の研究動向Bio-SAXSを用いたタンパク質複合体構造解析の実際奈良先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科藤間祥子Sachiko TOMA-FUKAI: Recent Topic of Structural Study of Macromolecular Assemblyby Using Bio-SAXSX線結晶構造解析法は，『結晶化できれば』どんな分子でも絶対的な構造を決定できる強力な手法である．しかし，細胞内情報伝達タンパク質のような離合集散を繰り返し機能するタンパク質複合体は，個々のタンパク質分子がもつ結合の多様性から，『結晶化しても』本来もつ機能を発揮している構造（機能構造）を完全に失っていることも珍しくない．結晶構造決定後には生化学や細胞生物学などのさまざまな手法を駆使し，構造の評価を行う必要がある．筆者は，中程度の分解能ながら溶液中のタンパク質の分子概形を決定できるX線溶液散乱法（Bio-SAXS）を研究に取り入れ，タンパク質複合体の構造研究を進めてきた．本稿では，タンパク質結晶構造解析とBio-SAXSとの相関構造解析の現状と筆者の最近の研究成果を報告する．1．Bio-SAXSとはBio-SAXSの原理については本稿では触れない．Putnamらの総説は結晶構造とSAXS構造の原理的違いなどをわかりやすく解説しているので一読いただければと思う．1）SAXSでは試料溶液にX線を照射し二次元散乱像を得る．これを円周平均し一次元化したものが散乱曲線である．横軸が分解能にあたるq値，縦軸が強度となる．散乱曲線はおおまかに3つの領域に分けることができ，Low qでは慣性半径と分子量に関する情報，Low～Mid. qでは分子の形状情報，Mid.～High qからは二次構造レベルの情報が得られる（図1A）．散乱曲線は溶液中のタンパク質分子の形状を表しており，散乱曲線の変化は分子形状の変化を意味する．一般的にBio-SAXSは比較的大きな分子複合体のサブユニットの配置やリガンド結合による構造の変化の同定に用いられる．近年では，ATSAS 2）に代表されるBio-SAXS解析用のプログラムパッケージや放射光Bio-SAXSビームラインの急速な開発もあり，筆者も含め多くのBio-SAXS初心者でも高純度かつ単分散性（非特異的な会合体を含まないことを意味する）の試料溶液を調製すれば，容易に溶液中のタンパク質の概形を決定できる．Bio-SAXSで決定できる分子概形とはmolecular envelopeであり結晶解析法やク日本結晶学会誌第61巻第2号（2019）ライオ電子顕微鏡法を用いたものとは異なることに注意いただきたい．2．PX-SAXS相関構造解析の現状マルチドメインタンパク質やタンパク質複合体の結晶構造を決定した場合，それが溶液構造と同じであるかは検証すべき重要な項目である．一般的には，相互作用面の変異体を作製し，生化学または物理化学的な手法を用いて評価する．結晶構造と溶液構造が一致している場合は，そのSAXS散乱曲線と結晶構造から計算した理論的なSAXS散乱曲線および分子概形は非常によく一致する（図1B）．SAXSの構造決定には，溶液中の分子は原則単分散でなければならない．しかし，多くのタンパク質は凝集や変性，分解が生じるものである．そこで，サイズ排除クロマトグラフィー（SEC）とSAXSを組み合わせたSEC-SAXS法が開発された．SECを介することで継時的に生じる凝集を除去できる．SECを介しても凝集を形成する試料も当然ながら存在する．筆者らのグループはSEC-SAXS測定の前に必ずSEC-MALS（多角度光散乱検出器）測定を行い，複合体の分子量と単分散性を評価している．筆者の経験では，良質なSEC-MALSデータを得ずして良質なSEC-SAXS散乱曲線を得ることはできない．SEC-SAXS測定は新しい方法であり，データの測定，解析方法のさらなる開発が期待される．国内でもPFでSEC-SAXS用の解析ソフトSerial Analyser 3）が開(A)Log I(q)Low qMid. qq (=4πsinθ/λ, A -1 )2High qLog I(q)(B)q (A -1 )00.050.10.150.20.250-1-2-3-4-5-6-790°Dummy atom modelexperimental datacrystal structureSmgGDS-558/RhoA図1（A）SAXS散乱曲線Scattering．（curve.）（B）結晶構造と溶液構造の比較．（Comparison of Crsytal structurewith solution structure.）79