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固体NMR膜蛋白質複合体構造解析技術(H19〜H21)

代表機関：大阪大学蛋白質研究所
代表研究者：藤原敏道

2010年版パンフレット(背景と成果)の該当ページはこちら

タンパク質の構造解析の手法の一つとして、NMR（核磁気共鳴）法があります。水素などの原子核がとても小さな磁石のように振る舞うことを利用した手法で、タンパク質を強い磁場の中に置き、外からラジオ波をあててさまざまな信号を測定します。信号からは、タンパク質をつくっている原子同士の位置関係がわかるので、構造が明らかになるのです。

NMRを測定するときは、タンパク質を水などの液体に溶かすのがふつうです。溶液の中ではタンパク質が高速で動き回っているので、タンパク質の向きによる信号の違いは平均化され、構造解析に必要な情報がくっきりと現れます。しかし、運動の遅い大きなタンパク質や、液体に溶かすとかたちが変わってしまう膜タンパク質には、この方法は使えません。

固体ＮＭＲは、そんな場合に有力な手法です。固体試料を対象としたNMR測定では、タンパク質が運動できないことを逆手にとって、溶液の場合とは少し違う形式で信号を得ることができます。また、固体といっても、X線構造解析のように結晶にする必要はありません。このため、大きな球状の膜など、ごく一部だけを見れば平面膜であるが全体としては特定の方向を向いていない膜において、タンパク質分子が膜に対して決まった向きで埋め込まれている試料なら、固体NMRで構造解析ができるのです。

しかし、固体NMRには感度と分解能（値の近い信号を区別する能力）が低いという欠点があります。それを克服するためのさまざまな技術を開発し、実際に膜タンパク質の構造決定ができることを示すのが私たちの目標です。

具体的には、膜タンパク質のうち、膜に埋め込まれた部分と膜から外に出ている部分を区別して信号を得ることや、タンパク質を構成するアミノ酸のうち、特定の原子だけが信号を出すようにして解析しやすいデータを得ることなどを考えています。また、これまでのデータをデータベース化して、どんな構造ならどんなデータが現れるかを予測し、構造解析を効率化することも計画しています。これらによって、ハロロドプシンという大きな膜タンパク質とこのタンパク質からの情報を細胞内に伝えるタンパク質の構造を決定したいと考えています。

その一方、原子核ではなく電子の「磁石」を利用して、感度をこれまでの100倍以上に上げる技術の開発にも取り組みます。電子を利用する手法は以前からありますが、膜タンパク質に適用するためには、磁石としての電子を与えるためのラジカル試薬の開発や電子を狙った場所に入れる手法の開発も必要です。そのようにして用意した試料に、ラジオ波よりずっとエネルギーの高いテラヘルツ波をあててNMR測定を行う予定です。