研究会等報告

The 12th International Conference on Biology andSynchrotron Radiation（BSR2016）会議報告
公益財団法人高輝度光科学研究センター
タンパク質結晶解析推進室 奥村 英夫

今回で12 回目となった International Conference相を呈している。SLAC へはこのマルガリータバス

on Biology and Synchrotron Radiation（BSR2016）

を利用して行くこともできるが、駅からの直行便はが、2016 年 8月21日～24日の期間で、アメリカ合衆なく、いささか遠いため、SLAC 敷地内のゲストハ

国カリフォルニア州メンローパークで開催された。日本

ウスを利用することが推奨のようであった。

ではまだまだ暑さの厳しい時期であったが、飛行機かさ て、 今 回 の BSR2016 で は、 オ ー ラ ル 発 表 はら降りたサンフランシスコでは上着があってもよいくら

SLAC 内 の 施 設 で あ る Science & User Support

いの涼しさであった。サンフランシスコから南東へ約

Building の Panofsky Auditorium で行われた。パ

45 km のメンローパークでは、会期中は、朝は必ず曇ラレルセッションは行われず、すべてのオーラル発り、日中は快晴という日々であったが、夕方以降上着表がこの Panofsky Auditorium で行われた。各オーは手放せなかった。

ラルセッションは招待講演と一般講演で構成され、会場となった SLAC 国立加速器研究所は、サンフ放射光や XFEL を用いた Biology 研究、また X 線と、ランシスコからつながるカルトレイン（鉄道）のパ他の測定・解析技術を複合的に利用した応用研究にロアルト駅から南へ下り、スタンフォード大学キャついて講演が行われた。オーラル発表は全部で 9 つンパスを経た先に位置する。スタンフォード大学はのセッションで構成され、セッションの最初に招待

実に広大なキャンパスをもっており、大学のランド講演が行われ、引き続き一般講演が行われた。各セッマークであるフーバータワーや、その近くにビジションのテーマは次のとおりである。

ターセンターがあり、ここを起点としたキャンパス

Session 1: Membrane Proteins

ツアーも行われている。また、キャンパス内にはメSession 2: Macromolecular Complexes

モリアルチャーチやコンサートホール、美術館、隣

Session 3: Hybrid Methods

接してショッピングセンターまでもあり、先述のパ

Session 4: Bioinformatics and Computing

ロアルト駅からも出ている無料のマルガリータバス

Session 5: Science with Upgraded SRS

がキャンパス内で運行され、さながら一つの街の様

Session 6: Industrial or Pharmaceutical
Applications
Session 7: X-ray/IR Imaging/SR-CDI
Session 8: Dynamics
Session 9: 7 Years of XFEL in Structural Biology
本稿では、これらの中からピックアップした、いくつかの口頭発表について報告を行う。
まず、オープニングトークでは、スタンフォード大学教授である若槻壮一氏より、BSR の歴史を中心とした講演がなされた。引き続き、RCSB PDB
Director の Stephen Burley 氏、LCLS Directorateの Michael Dunne 氏、SSRL Director の Kelly
Gaffney 氏より挨拶があった。

会場となった SLAC/Science & User Support
Building

セッション 1 では、Membrane Proteins ということで、膜タンパク質の構造研究について 6 件のSPring‑8/SACLA 利用者情報／2016 年 11 月 293

WORKSHOP AND COMMITTEE REPORTとして注目されている Cas9 タンパク質および Cpf1
タンパク質の構造解析とその機能について報告がなされた。先に報告された Cas9 では、2 本のガイドRNA と結合し、ガイド RNA の一部と相補的な 2 本鎖 DNA を見つけ出して狙った場所を切断するが、Cpf1 では 1 本鎖のガイド RNA と結合し、切断された末端が Cas9 の時のそれとは異なる切り口となることを、その構造解析の結果から説明がなされた。
セ ッ シ ョ ン 3 の Hybrid Methods で は、X 線 ／ニュートロン結晶学、電子顕微鏡単粒子解析、ラマン／吸収分光、表面プラズモン共鳴（SPR）など
Chair の若槻スタンフォード大学教授（PanofskyAuditorium）講演が行われた。上海科技大学 iHuman Instituteの Zhi-Jie Liu 氏からは、細胞のシグナル伝達に重要であるヒト由来の G タンパク質共役受容体（Gprotein-coupled Receptor: GPCR） に つ い て、 その構造と機能に関する研究についての講演が行われた。ヒト由来 GPCR 構造の報告数が未だ少ないのは、その発現と結晶化の効率の悪さにある。そこでヒト由来 GPCR について、発現と結晶化効率の向上を目的として、意図的に変異でジスルフィド結合を導入し、GPCR の構造を安定化させて発現させる手法の研究が紹介された。またさらに、XFEL のフェム
ト秒レーザーを利用するシリアルフェムト秒結晶構造解析（SFX）による構造決定において、タンパク質がもつ硫黄原子の異常分散を利用する単波長異常分散法（S-SAD 法）による位相決定の高効率化への応用と展望も紹介された。
岡山大学の沈建仁氏からは、Photosystem II の構造解析について、SPring-8 で測定された 1.9 Å の構造、および SACLA で比較的大きな結晶で利用され る fixed-target crystallography 法 を 用 い て、 無損傷測定がなされた 1.95 Å の構造が紹介された。
さらに、活性中心に存在する Mn クラスターと呼ばれる構造の、反応中間状態を明らかにするために、ポンプ・プローブ法を利用し、時分割 SFX によって得られた構造について、電子伝達経路などの詳細説明がなされた。
セッション 2 の Macromolecular Complexes では、タンパク質複合体について 6 つの講演がなされた。東京大学の濡木理氏からは、ゲノム編集ツール複数の手法を複合的に用いることで、構造と機能をより詳細に研究する手法に主眼が置かれ、7 つの講演がなされた。University of Essex の Michael A.
Hough 氏より、X 線結晶構造解析と単結晶分光測定を組み合わせた測定法について紹介がなされた。
タンパク質の酸化還元状態や基質の結合状態を正確に見積もるためには、X 線回折測定中に分光測定による状態評価が有効であり、また溶液状態のデータと比較し、反応中間状態の特定も可能となる。本発表では X 線構造解析と分光測定により、ヘムタンパク質の温度依存性による構造と状態変化を捕捉した例や、銅結合タンパク質において、X 線照射により結合部位近傍が連続的に変化する様子の、温度による違いを、動画として再構成させた解析例の紹介がなされた。
セッション 4 の Bioinformatics and Computing
では、解析計算法やバイオインフォマティックスによる classification について 6 つの講演がなされた。
University College London の Christine Orengo
氏からは、CATH FunFams と呼ばれる、新しいタンパク質構造の分類法について紹介がなされた。ア
ミノ酸配列・構造などにクラスタリングを適用して、分類を行われるのが CATH データベースであるが、新しい手法では、この CATH の各スーパーファミリーに、隠れマルコフモデルと呼ばれる解析手法を適用し、タンパク質の機能をベースとするクラスタリングを行うということであった。これにより、10,000 種の類似構造・機能をもつ分類（CATHFunFams）が同定され、例えば、CATH FunFams
で見出される保存された側鎖により、同じクラスターの構造で活性部位が特定できるとのことであった。
University of Liverpool の Dan Rigden 氏からは、分子置換法による解析が適用できない場合に、バイ

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研究会等報告

オインフォマティクスによって解を得るソフトウェアの開発が紹介された。本手法では AMPLE と呼ばれるソフトにより、目的のタンパク質のうち、小さい部分構造に対し、全体としては一致度が低くても部分的に類似している構造コアを見つけて部分置換を行うことで計算の成功率を上げる。AMPLE で試してみると良い目的タンパク質としては、あまり大きすぎない新規構造のもの、コイルドコイル構造をもつもの、既存の分子置換法が効かない複数の類似構造をもつものなどが挙げられるとのことであった。
セッション5 の Science with Upgraded SRS では、放 射光 施 設のアップグレードについて5つの講演がなされた。このうち、MAX IV Laboratory のMarjolein Thunnissen 氏からは、現在コミッショニング中の MAX IV について、現状とそのスペックの紹介がなされた。MAX IV は 1.5 GeV と 3 GeV のストレージリングから成り、3 GeV リングでは 19本のビームラインが建設されている。Biology 関連のビームラインとして、多目的 SAXS のためのCoSAXS beamline、2.4～40 keV のエネルギーに対応し、多様な核種が利用可能な (Bio)XAS/XES 測定用の Balder beamline、100 フェムト秒パルスを出す FemtoMAX、ハイスループット回折データ測定を目的とした BioMAX が説明された。
Northwestern University の Gayle Woloschak
氏からは、APS における X 線蛍光イメージング技術向上の試みについて報告がなされた。この分野では、ナノ粒子で修飾した生物試料（細胞、オルガネラ、細胞内外の分子）に対し、フォーカスした X線で走査することにより、試料内での粒子の分布をモニタリングする技術が向上しているとのことであった。その研究例として、がん細胞の一種であるヒーラ細胞に対し、Ti、Fe、Zn を導入し、異なるフォーカスサイズのビームを用いることで細胞の形状から、細胞内のナノ粒子の局在までスケールをまたがって観察される様子が示された。
セッション 7 の X-ray/IR Imaging/SR-CDI では、6 つの講演がなされた。このうち、Paul Scherrer
Institute の Andreas Menzel 氏 よ り、X 線 タ イ コ
グラフィーを利用した X 線イメージング研究の紹介がなされた。X 線タイコグラフィーはレンズを用いないイメージング技術であるコヒーレント X
線回折イメージング（Coherent X-ray DiffractionImaging: CXDI） の 1 つ と し て 分 類 さ れ、 走 査 型

CXDI とも呼ばれている。実施例として凍結した酵
母細胞の 3D 密度マップが 150 nm 分解能で示され、脂質、でんぷん質、細胞質などが可視化されていた。
3D 再構成はビームタイム中にすぐさま可能であり、フィードバックをかけることができるとのことである。また、放射線損傷の激しい試料に対応するため、
OMNY と名付けられたクライオ環境で測定するための装置の開発が紹介され、マウス脳のクライオタイゴグラフィーによるトモグラフ像の再構成の成功例が紹介された。
セッション 8 の Dynamics では、反応のメカニズムや時間依存の構造変化などに着目した 6 つの演題が講演された。このうち、University of Wisconsinの Marius Schmidt 氏 よ り、LCLS を 利 用 し た、
Photoactive Yellow Protein（PYP）の時分割 SFXに つ い て 報 告 が な さ れ た。Gas Dynamic VirtualNozzle と呼ばれる装置で微結晶をインジェクションし、140 フェムト秒のパルスレーザーで励起、40フェムト秒の X 線をプローブとしてデータを収集した結果、暗状態から励起状態（250 フェムト秒）、PYP の発色団であるクマル酸のトランス体からシス体への異性化（800 フェムト秒）、その後の熱的変化過程（3～100 ピコ秒）、化学的変化過程（1.7ナノ秒～ 100 マイクロ秒）、そして元の暗状態へと反応の全過程を観測することに成功したことが説明された。本研究成果からさらに発展し、光感受性タンパク質のみならず、酵素の触媒反応への応用が期待される。
セ ッ シ ョ ン 9 の 7 Years of XFEL in Structural
Biology で は、XFEL が 利 用 開 始 さ れ て か ら の 構
造生物学の発展に着目し、7 つの講演がなされた。
University of Gothenburg の Richard Neutze 氏からは、理研 SPring-8 センターの南後氏らとの共同研究により、SACLA で測定が行われた、光受容プロトンポンプタンパク質であるバクテリオロドプシンの時分割 SFX について報告された。LCP インジェクターで導入される bR 微結晶にポンプレーザーを照射し、フェムト秒 X 線レーザーでデータを収集した結果、初期反応の中間体である K 中間体構造をとる 16 ナノ秒から M2 中間体をとる 1,725 マイクロ秒までの時間スケールで構造解析に成功している。これにより、プロトン輸送反応の起点であるレチナール発色団近傍のリアルタイムでの構造変化が明らかとなり、プロトンの受け渡しをするシッフ塩
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WORKSHOP AND COMMITTEE REPORT

基の pKa 値の変化を示唆する構造変化と、その近傍に位置する水分子の重要性が明らかとなった。
Max Planck Institute for Medical Research のIlme Schlichting 氏からは、SFX における位相計算の問題について紹介がなされた。ランダムな方位の微結晶に 1 回だけ X 線パルスを照射、破壊することを繰り返す SFX の手法では、データの完全性を高めるために数多くのイメージデータを必要とする。
位相決定のためには精度の高いデータが要求されるが、計算手法の発展とともに、必要となるイメージの数は減少してきた。2014 年にはガドリニウムを結合させたリゾチームの構造解析での位相計算に 60,000 枚もの回折イメージを必要としていたが、2016 年には 7,000 枚のイメージから位相決定することに成功している。一方、重原子導入を必要としない S-SAD 法ではリゾチームで 150,000 枚のイメージを必要としており、現実的には低い異常分散シグナルが問題となっている。問題解決方法として
は、解析技術の向上に合わせ、XFEL にて 2 波長データを同時に測定できる dual color mode 運転が考えられ、これにより少ないイメージで多波長異常分散法（MAD 法）による位相決定が可能とのことであった。
次回の BSR は、3 年後の 2019 年に中国・上海にて、上海科技大学 iHuman Institute のオーガナイズで開催されるとのことである。

奥村 英夫

OKUMURA Hideo（公財）高輝度光科学研究センター タンパク質結晶解析推進室〒679-5198 兵庫県佐用郡佐用町光都1-1-1
TEL : 0791-58-0833
e-mail : okumurah@spring8.or.jp

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