世界最高性能の2本のタンパク質構造解析用放射光ビームラインが完成

2010年05月11日 プレスリリース

SPring-8およびKEK/PFで微小タンパク質結晶構造解析に最適化したビームラインが始動

2010年5月11日

文部科学省委託事業「ターゲットタンパク研究プログラム※1」において、独立行政法人理化学研究所(野依良治理事長:理研)と大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構(鈴木厚人機構長:KEK)は、大型放射光施設SPring-8※2放射光科学研究施設(PF:フォトン・ファクトリー)※3に、タンパク質結晶構造解析※4専用ビームラインとして世界最高精度の高輝度特性及び低エネルギー利用という異なる特徴を実現した2本の放射光ビームラインの開発を行ってきました。

この度、これらのビームラインが完成したことを受け、本年秋からの一般共用に向けた課題募集を開始することとなりましたので、お知らせいたします。

これらは、「高難度タンパク質をターゲットとした放射光X線結晶構造解析技術の開発」において、理研放射光科学総合研究センター(石川哲也センター長)基盤研究部 山本雅貴部長とKEK物質構造科学研究所構造生物学研究センターの若槻壮市教授(センター長)の研究グループにより開発されたものです。

これらのことにより、これまで解析できなかった10マイクロサイズの結晶構造の解析が可能になり、生命現象や疾病にかかわる重要なタンパク質の構造解析に貢献することが期待されます。さらに、我が国の研究資源を最大限に活用すると共に、ライフサイエンス研究の起爆剤にしたいと考えています。


1.背景

生物機能の直接の担い手であるタンパク質の立体構造と機能を解明する構造生物学は、基本的な生命現象の解明や医学・薬学等への貢献などに資するライフサイエンス全体の基盤として重要な役割を果たします。文部科学省委託事業「ターゲットタンパク研究プログラム」では、生命現象の理解に重要な高難度解析タンパク質をターゲットとし、その立体構造と機能の解明を目指した研究を進めています。

タンパク質の立体構造を決定する手法に、X線結晶構造解析法があります。この方法では、タンパク質を規則正しく配置した状態(結晶)にする必要がありますが、その複雑な構造ゆえに結晶化そのものが難しく、また、特に高難度解析タンパク質では構造を精密に決定するための十分な大きさの結晶を得ることが困難です。これらの小さな結晶から精密な構造情報を得るために、10マイクロサイズ以下のタンパク質微小結晶からの構造解析手法の開発が待ち望まれていました。

そこで、「ターゲットタンパク研究プログラム」では、10マイクロサイズ以下の微小結晶からの構造解析法、および結晶の重原子ラベルを必要としない構造解析法の開発を目標として、理研/SPring-8及び高エネルギー加速器研究機構/PFにおいて、タンパク質微小結晶からの構造解析に最適化した2本の相補的なマイクロビームビームラインの整備を進めてきました。

この度、これらのビームラインが完成したことを受け、一般共用に向けた課題募集を開始することにより、本プログラムの研究成果を広く公開することといたしました。

2.KEK/PF ビームラインBL1Aについて

BL-1Aは、10ミクロン程度の微小結晶の構造解析を重原子ラベルなしで行うことを目的としたビームラインです。タンパク質に自然に含まれるイオウやリンなどの軽原子の異常分散効果※5を積極的に利用するため、通常のビームラインでは利用できない、エネルギー4キロ電子ボルト※6(波長0.3ナノメートル、1ナノメートルは100万分の1 ミリメートル)近傍の高輝度X線ビームが利用できるよう設計されています。これまで重原子ラベルに失敗して構造解析できなかったタンパク質研究に道を拓くと同時に、重原子ラベルの手間を省くことによる構造解析のハイスループット化も期待されます。

3.公開するビームラインの利用課題申請方法

  1. SPring-8 ターゲットタンパクビームラインBL32XU
    課題申請に当たってはSPring-8ホームページの「研究課題募集」ページにて申請条件等を確認の上、要領に従って申請してください。
    SPring-8ホームページ「研究課題募集」のアドレス:
    http://www.spring8.or.jp/ja/users/proposals/call_for/publicfolder_view

  2. KEK/PF ビームラインBL1A
    課題申請に当たってはKEKホームページの「放射光共同利用実験課題募集」ページにて申請条件等を確認の上、要領に従って申請してください。なお次回一般課題募集(2011年4月実験開始)は11月ですが、 それまでの期間はBL1A「U型課題」として募集いたします。
    KEK/PFホームページ「放射光共同利用実験課題募集」のアドレス:
    http://pfwww.kek.jp/users_info/pac_application/index.html

4.今後の期待

今回稼働開始するSPring-8およびKEK/PFの2本の新規ビームラインは、重要な生命機能に関わる膜タンパク質やタンパク質複合体のように、今まで構造解析できなかった高難度ターゲットタンパク質の微小結晶からの構造解析を可能にし、ライフサイエンスの基礎研究や創薬などの産業応用において重要な微小タンパク質解析研究の未踏領域を切り拓くものと期待されています。

【本件に関する問い合わせ先】

<KEK/PFビームラインBL1Aについて>
高エネルギー加速器研究機構
物質構造科学研究所
教授 若槻 壮市
TEL:029-864-5631
<報道担当>
高エネルギー加速器研究機構
広報室長 森田 洋平
TEL:029-879-6047

<補足説明>

※1 ターゲットタンパク研究プログラム
現在の技術水準では解明が極めて困難であるものの、学術研究や産業振興に欠かせない重要なタンパク質をターゲットにして、高難度タンパク質の構造・機能解析のための技術開発を行いつつ、これらの構造と機能の解明を目指すことを目的とした事業。プログラムの実施期間は、平成19年度〜平成23年度までとなっています。

※2 大型放射光施設SPring-8
兵庫県にある大型共同利用施設。ほぼ光速で進む電子が、その進行方向を磁石などによって変えられると接線方向に電磁波が発生する。これが「放射光(シンクロトロン放射)」と呼ばれるものであり、電子のエネルギーが高く進む方向の変化が大きいほど、X線などの短い波長の光を含むようになる。特に第三世代の大型放射光施設と呼ばれるものには、世界にSPring-8、APS(アメリカ)、ESRF(フランス)の3つがある。SPring-8(電子エネルギー:8GeV)の場合、遠赤外から可視光線、真空紫外、軟X線を経て硬X線に至る幅広い波長域で放射光を得ることができ、国内外の研究者の共同利用施設として、物質科学・地球科学・生命科学・環境科学・産業利用などの分野で利用されている。

※3 放射光科学研究施設PF
KEK放射光科学研究施設(PF)には、わが国最初の専用光源として1982年に完成したフォトンファクトリー(光の工場)という愛称で呼ばれるPFリングと、大強度パルス放射光を発生するアドバンストリング(PF-AR)の2つの光源加速器があります。これらの光を駆使して、タンパク質などの生体物質、巨大磁気抵抗効果や高温超伝導などの興味深い性質を示す強相関電子物質、地球内部環境下での物質、触媒、環境関連物質など、さまざまな物質の構造と機能を、原子・分子のレベルで研究しています。

※4 タンパク質結晶構造解析
遺伝子からの最終生成物であり生体機能を実現するタンパク質を結晶にして、X線の回折現象を利用して、その原子レベルでの3次元立体構造を決定する実験手法。

※5 異常分散効果
原子に入射するX線の波長に依存して、その構成原子に固有の波長で散乱の強さが大きく変化する効果(異常散乱効果ともいう)

※6 電子ボルト
エネルギーの単位。電子1つを1ボルトの電位差で加速したときのエネルギーが1電子ボルト。