広報活動

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2016年4月18日

理化学研究所
大阪大学
京都大学
高輝度光科学研究センター

結晶を損傷しない新しいタンパク質結晶の輸送媒体を発見

-タンパク質の結晶構造解析で新薬創生に一歩近づく-

結晶輸送媒体としてヒアルロン酸を用いて決定したプロテイナーゼKの結晶構造

図 結晶輸送媒体としてヒアルロン酸を用いて決定したプロテイナーゼKの結晶構造

創薬研究では、病気を引き起こすメカニズムを調べ、原因を絞り、治療に有効と思われる新薬の種を探します。その主なターゲットはヒトを含む動物由来のタンパク質であり、原子レベルでの三次元結晶構造の決定が重要となります。構造決定には、タンパク質結晶にX線を照射したときに得られる回折イメージを解析する「X線結晶構造解析」が適しています。その実験には、試料となるタンパク質結晶の量ができるだけ少なくてすむこと、実験中に結晶が放射線損傷や物理的損傷を受けないことなどが求められます。

理研のX線自由電子レーザー(XFEL)施設「SACLA」のX線レーザーは、試料への照射時間が10フェムト秒(1フェムト秒は1,000兆分の1秒)以下という超短時間のため、タンパク質が壊れる前に微小結晶の回折イメージを検出できます。「連続フェムト秒結晶構造解析(SFX)」は、多数の微小結晶を含む液体をインジェクターから噴出しながら、X線レーザーを照射し結晶の構造を解析する方法です。しかしこの液体ジェット法だと、10~100 mgものタンパク質から得た結晶が必要でした。理研の研究者を中心とした共同研究グループは2014年、タンパク質を高粘度のグリースに混ぜ、インジェクターからゆっくりと試料を押し出し、SFXを行う「グリースマトリックス法」を開発しました。この方法では、1 mg以下の試料での構造決定が可能になりました。しかし、今度はグリースとタンパク質を混合したときに、いくつかの試料で結晶に亀裂が入ったり、結晶が溶けてしまうといった問題が起こりました。

そこで今回、共同研究グループは、結晶輸送媒体として水溶性の「ハイドロゲル」を試してみましたが、"浸透圧"により結晶に損傷を与えることが分かりました。さまざまなハイドロゲルを検討した結果、「ヒアルロン酸」がタンパク質結晶に損傷を与えにくいことが分かりました。ヒアルロン酸水溶液にタンパク質を混ぜてインジェクターからゆっくり押し出し、SFXを行なったところ、微少量でプロテイナーゼKとリゾチームの結晶構造決定に成功しました(図参照)。

今後、結晶輸送媒体としてヒアルロン酸、およびグリースを相補的に利用することで、創薬ターゲットとなる膜タンパク質を中心とした多様なタンパク質の構造解析が期待できます。

理化学研究所
放射光科学総合研究センター 利用技術開拓研究部門 SACLA利用技術開拓グループ
特別研究員 菅原 道泰 (すがはら みちひろ)
グループディレクター 岩田 想 (いわた そう)