京大ら,XFELでタンパク質微結晶の新規構造を解析

京都大学,理化学研究所,東京大学,大阪大学,高輝度光科学研究センター,高エネルギー加速器研究機構らの研究グループは,SACLAの非常に強力な高エネルギー(短波長)X線を用い,常温においてセレノメチオニンを導入したACGとStemという二種類のタンパク質のμmサイズの結晶から構造を決定することに成功した(ニュースリリース)。

現在世界で稼働しているXFEL施設の一つであるSACLAは,SPring-8のような放射光施設に比べ約10億倍明るいX線を1秒間に最大60回,100兆分の1秒以下のパルスで出力することができる。したがって,従来は超低温で行われていたμmサイズの構造解析が常温で行なえるようになってきた。

SACLAや米国のLCLSといった強力なXFEL施設の整備に伴って,これまでもμmサイズの結晶を用いたタンパク質構造解析は行なわれてきたが,既に類似のタンパク質の構造が判明しているタンパク質の解析例が多く,構造が全く不明なタンパク質の解析はあまり行なわれてこなかった。

今回,研究グループでは,立体構造が未知である場合において,原子の異常分散効果のみを用いて構造解析する単波長異常分散法(Single-wavelength Anomalous Diffraction:SAD法)を用いて,2種類のタンパク質の微結晶から構造決定を行なった。

SAD法では一般的にメチオニンというアミノ酸を,解析の目印となるセレンを含むセレノメチオニンに置き換えたタンパク質結晶を用いる。SACLAは,セレン原子の異常分散効果を利用したSAD法に必須の約13keVという高いエネルギーのX線を安定に発生させることができるように設計されている。

今回はSACLAの特徴をうまく活かしてセレンがどこに位置しているかしっかりと確かめることができた。そのため,最少でわずか13,000枚のX線回折イメージから構造解析可能なデータセットを取得できた。これは,今後SACLAを使うことで新規タンパク質微結晶の迅速なX線結晶構造解析が可能であることを示唆する結果だとしている。

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