ブックタイトル日本結晶学会誌Vol62No1

概要

日本結晶学会誌Vol62No1

日本結晶学会誌62，56-61（2020）世界の放射光施設を使ってみよう（4）長波長X線を利用したタンパク質結晶構造解析高エネルギー加速器研究機構松垣直宏，山田悠介，引田理英，平木雅彦，千田美紀，千田俊哉Naohiro MATSUGAKI, Yusuke YAMADA, Masahide HIKITA,Masahiko HIRAKI, Miki SENDA and Toshiya SENDA:Macromolecular Crystallography Using Long Wavelength X-rayApplying long wavelength X-ray（ca. longer than 2 A）in macromolecularcrystallography has been limited due to the lack of dedicated measurementenvironment. Photon Factory BL-1A, as an MX beamline optimized fordiffraction experiment using the wavelength from 2.7 to 3.3 A, offers theopportunity to routinely perform data collection for Native SAD phasingor light atoms identification with much sophisticated manner. Sampleoptimization is another key for successful experiment at the wavelength wheresevere absorption is inevitable. We describe how the difficulties in use of longwavelength X-ray were overcome at the beamline and the auxiliary facility, aswell as the current results of Native SAD phasing.1．はじめにタンパク質の結晶構造解析に長波長X線を使う目的は，結晶中の軽原子による異常分散効果の利用にある．イオウ，リン，カリウムやカルシウムなどの軽原子の異常分散シグナルは，通常のタンパク質結晶構造解析用ビームライン（Macromolecular Crystallography，MXビームライン）で利用可能な波長領域（0.7～2 A）では小さいが，2 Aより長い波長領域では増大する（図1）．この図1軽原子からの異常分散シグナルの波長依存性．（X-ray wavelength dependency of the anomaloussignals from light atoms.）参考までにSeの異常分散シグナルも示す．増大した異常分散シグナルを用いることで，結晶中の原子・イオンの同定や実験的な位相決定を，より正確に行うことが期待できる．異常分散効果は，タンパク質結晶の位相決定のための最も重要な手がかりである．1990年代以降，セレノメチオニンを用いた大量発現系と波長可変の放射光ビームラインの発展により，多くのタンパク質結晶はセレンをはじめとする金属の散乱の波長依存性を利用した多波長異常分散法により位相決定された．その後，電子密度改善法など解析ソフトウェアの進歩とともに，異常分散効果が期待できる単一波長のデータのみを用いた位相決定（Single Anomalous Dispersion法，SAD法）が実用化された．測定が簡便な上，試料の放射線損傷によるデータ間の誤差を考慮しなくて良いため，現在ではこのSAD法で位相決定される結晶構造が最も多い．1）Native SAD法は，タンパク質や核酸にもともと含まれているイオウ，リンなどの軽原子の異常分散シグナルを利用したSAD法である．位相決定のための結晶への金属導入（セレノメチオニン結晶を含む）が不要となるため，構造解析に大幅な簡便化，効率化をもたらすと考えられた．しかし，1980年，46残基の小型タンパク質2CRAMBINの構造解析）で初めて可能性が示されて以降，PDBに登録されたNative SAD法による新規構造は100エントリー程度に過ぎない．3,4）SAD法は今や最もポ56日本結晶学会誌第62巻第1号（2020）