茶竹俊行 复合原子力科学研究所准教授、千葉薫 茨城工業高等専門学校教授、松井拓郎 元日本原子力研究所（現：日本原子力研究開発機構）特別研究員、大原高志 日本原子力研究開発機構研究主幹、故?油谷克英 理化学研究所上級研究員、田中伊知朗 茨城大学教授、新村信雄 元日本原子力研究所研究主幹?元茨城大学教授は、日本原子力研究所の生体高分子用単結晶中性子回折装置-3（BIX-3）を用いて、ヒトリゾチーム（130アミノ酸からなる分子量14.3kDaのタンパク質分子）の中性子結晶構造解析実験を行ないました。
タンパク质はアミノ酸が1本の锁状につながった巨大分子です。これまで、タンパク质分子の骨格である主锁を支えるペプチド结合は、笔补耻濒颈苍驳らが调べた小さな有机化合物の中のペプチド结合と同じく、1951年以降现在まで、一様な硬さの平面构造をとると考えられてきました。プロテインデータバンク（笔顿叠）に登録された20万个以上のタンパク质分子の立体构造解析も、原则的にはペプチド结合が平面であるという前提で行われています。しかし、本研究で行なったヒトリゾチームの中性子结晶构造解析を起点として、复数の実験手法で得られたデータを精査したところ、タンパク质の分子の中では、タンパク质分子自身が作る静电ポテンシャルなどにより作られる「タンパク质场」に引き寄せられた水素イオンまたは重水素イオンによって、ペプチド结合が个々に柔らかくなることがわかりました。本研究の结果は、タンパク质のペプチド结合は一様に硬い平面である、という、长年にわたりタンパク质の构造研究を支えてきた概念と、タンパク质の主锁は立体构造の骨格を保ち、侧锁が机能を担う、という役割分担を见直す必要があることを示しています。
本研究成果は、2023年9月20日に、国際学術誌「Protein Science」にオンライン掲載されました。
「中性子结晶构造解析は水素を観测できる有用な実験方法です。これまでのタンパク质中性子结晶构造解析では、结晶构造解析で観测しにくい动きやすい侧锁の水素に着目した研究が主流でした。本研究では、研究対象を动きにくい主锁に绞り、狈惭搁など、结晶构造解析以外の手法を、その测定原理に遡って组み合わせて用いることにしました。その结果、全てのタンパク质で利用できる、タンパク质の主锁が実は持っていた知られざる机能を见出すことができました。今后は、ペプチド结合が柔らかくなるという现象が、生命活动の中でどのように利用されているかを探究するとともに、この原理を生かしたタンパク质分子デザインの実现にチャレンジしていきたいと考えています。」
【顿翱滨】
【书誌情报】
Kaori Chiba, Takuro Matsui, Toshiyuki Chatake, Takashi Ohhara, Ichiro Tanaka, Katsuhide Yutani, Nobuo Niimura (2023). Site-specific relaxation of peptide bond planarity induced by electrically attracted proton/deuteron observed by neutron crystallography. Protein Science, 32(10):e4765.
