資料4　利用研究の重点分野について（生体分子の階層構造ダイナミクス）

分野名：「生体分子の階層構造ダイナミクス」

　生命の大きな特徴はその階層構造にある。タンパク質などの生体素子が細胞を形成しそれがさらに生体全体を構築している。SACLAの大きな特徴である、パルス性の大強度ビームを用いる事により、細胞の各種階層レベルでのダイナミクスを観察し、それをつなげて実際の生きた細胞のダイナミクスを理解するために設定したのが本分野である。

　ライフイノベーションやグリーンイノベーションの鍵となる現象を実際に生きた細胞のコンテクストで理解する事を目標としている。

（1）創薬ターゲット膜タンパク質のナノ結晶を用いた構造解析

　受容体、チャネルのような膜タンパク質は重要な創薬ターゲットでありながら良好な大きな結晶を得る事が困難なとなっている。タンパク質のナノ結晶を作製し、非常に多くの数のナノ結晶からのX線回折パターンを高速に測定してそのデータを組合せる事により構造解析を行う。

（2）ナノ結晶及び一分子構造解析をスパコンで融合させた原子分解能ダイナミクス研究

　一分子のタンパク質から結晶を作成せずに構造を解く事が自由電子レーザー研究の一つの究極目標である。しかしながら、現在のSACLAの強度では高分解能のX線回折像を一分子のタンパク質から得る事は難しい。しかしながら一分子から得られた回折像はタンパク質の動的構造の情報を有しており、これにナノ結晶から得られた高分解構造及びスパコンを組み合わせる事によりタンパク質のダイナミクスを行う研究を対象とする。

（3）光感受性タンパク質にポンプ-プローブ法を適用した動的構造解析

　ポンプ-プローブ法を用いて光感受性結晶中で化学反応を同期させ観測する事ができる。日本では呼吸鎖、光合成といったグリーンイノベーションの鍵となるような光感受性タンパク質の研究は世界的にも最先端を行く物である。これらの光感受性タンパク質の動的構造をポンプ-プローブ法を用いて解析する研究を対象とする。

（4）超分子複合体の一分子構造解析

　ウイルスや脂肪酸合成酵素の様に数種類のサブユニットの繰り返しでできている超分子に関しては、現在のSACLAの強度でも一分子から原子分解能に近いX線回折が得られる可能性がある。将来のより広い範囲のタンパク質への適用を考慮にいれた超分子複合体のー分子回折測定／構造解析の研究を対象とする。

（5）細胞全体及びその部分の生きた状態でのイメージング

　自由電子レーザーでのイメージングは電子顕微鏡の場合のような、サンプル凍結処理や染色を必要とせず、生きた細胞をそのまま観察できるというメリットがある。その反面コントラストの低い事や1回の観察からは投影図しかえられず3次元再構成をするのが難しいなどの問題も同時にかかえている。このような技術的な問題に対処しつつ、生きた細胞や細胞内組織のイメージングを行う研究を対象とする。

以上