固䜓 NMR における高効率 13C–13C スピン分極移動法の開発神経倉性病関連の凝集タンパク質の速やかな構造解析に向けお

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2026-03-13 東京科孊倧孊

東京科孊倧孊の石井䜳誉教授らの研究グルヌプは、固䜓NMRにおける炭玠–炭玠間の栞スピン分極移動を高効率化する新手法「SMART-HCP法」を開発した。超高速MAS条件䞋で特定の炭玠間の磁化移動を半遞択的に起こすこずで䞍芁な信号損倱を抑え、埓来法ず比べお最倧3倍平均1.7倍の信号感床向䞊を実珟した。これにより枬定時間は最倧9倍短瞮され、埓来1カ月以䞊必芁だった高次元固䜓NMR枬定を数日皋床で実斜できる可胜性が瀺された。凝集タンパク質などの原子レベル構造解析を高速化できるため、アルツハむマヌ病など神経倉性疟患の原因解明や治療法開発ぞの応甚が期埅される。

固䜓 NMR における高効率 13C–13C スピン分極移動法の開発神経倉性病関連の凝集タンパク質の速やかな構造解析に向けお
図1. プロテむンG B1ドメむンの13Cα–13CO2次元NMRスペクトル。巊は埓来手法であるDREAM法、右は本研究で開発したSMART-HCP法を䜿い、13Cα–13CO間で磁化移動を行った。SMART-HCP法で枬定した信号感床は最倧で3倍平均1.7倍倧きくなった。埓来手法では、信号感床を3倍にするために32≃9倍の実隓時間が必芁ずなる。

関連情報

超高速MASを甚いた高次元タンパク質固䜓NMRにおける13C – 13C偏極移動障壁の打砎 Breaking the 13C–13C Polarization Transfer Barrier for High-Dimensional Protein Solid-State NMR with Ultra-Fast MAS

Tatsuya Matsunaga,Tsukito So,Ryo Takahashi,Yoshiki Shigemitsu,and Yoshitaka Ishii
ACS Measurement Science Au  Published: February 2, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsmeasuresciau.5c00103

Abstract

Recent advances in 1H-detected solid-state NMR spectroscopy (SSNMR) using ultra-fast magic angle spinning (UFMAS) at frequencies above 60 kHz potentially facilitate high-dimensional SSNMR (HD-SSNMR) for protein analysis. A major limitation of HD-SSNMR is the exponential signal loss that occurs during successive polarization transfers. To overcome this bottleneck in HD-SSNMR for the most problematic 13C–13C transfers, we introduce a simple yet exceptionally efficient homonuclear cross-polarization (HCP) scheme called SeMi-selective Adiabatic Recoupling Transfer with HCP (SMART-HCP). We demonstrate that SMART-HCP with UFMAS at 90 kHz achieved nearly complete transfer with an efficiency of 76% from 13CO to 13Cα and 70% from 13Cα to 13CO for uniformly 13C,15N-labeled l-alanine. Semiselective HCP was achieved by optimizing radio frequency (RF)-offset frequency and amplitude modulations via a simple graphical method. For uniformly 13C,15N-labeled immunoglobulin-binding protein G (GB1) proteins, compared with the conventional dipolar recoupling enhancement through amplitude modulation (DREAM) scheme, SMART-HCP enhanced 13CO–13Cα transfers up to ∌3-fold (average 1.7-fold) for nonglycine residues, thereby accelerating various protein SSNMR experiments, including HD-SSNMR, by up to ∌9-fold. Our 3D 1H-detected (H)CACO(N)H SSNMR spectra of the GB1 sample suggest that with the SMART-HCP method a usually time-consuming 3D protein SSNMR experiment can be achieved within 3.5 h for a trace amount of the protein sample (∌200 ÎŒg). Besides biological applications, this method is likely applicable to 13C SSNMR analysis of a wide range of samples, such as polymers, peptide-based pharmacological agents, and other solid organic materials.

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