タンパク質の動く構造を読み解く―中性子散乱と計算科学の統合解析―

2026-08-05

2026-08-04 京都大学

京都大学を中心とする国際共同研究グループは、複数の構造単位（ドメイン）から成るマルチドメインタンパク質（MDP）の動的構造を高精度に解析する新手法を開発した。MDPはドメイン間の相対的な配置変化によって機能を発揮するが、その動きを詳細に捉えることは従来困難だった。本研究では、区分重水素化試料と逆転コントラストマッチング中性子小角散乱（iCM-SANS）を用いて特定ドメインの配置情報を取得し、さらにX線小角散乱（SAXS）データと分子動力学（MD）シミュレーションを統合解析することで、複数の候補構造アンサンブルを高精度に識別できることを実証した。この手法により、タンパク質の静的な構造だけでなく、機能発現に不可欠な「動く構造」を解析できるようになり、生命現象の理解や創薬標的タンパク質の機能解明への応用が期待される。今後は、多様なマルチドメインタンパク質へ適用し、構造生物学の発展に貢献することが期待される。

SAXS、iCM-SANS、MDシミュレーションを統合したタンパク質動的構造解析の概念図（作成：奥田綾）

＜関連情報＞

iCM-SANS、SAXS、および MD シミュレーションの統合によるマルチドメインタンパク質ダイナミクスの解析
Integrated analysis with iCM-SANS, SAXS and MD simulations for dynamics of multi-domain proteins

Aya Okuda,Rintaro Inoue,Minami Kurokawa,Anne Martel,Lionel Porcar,Rikuto Osaki,Kaori Fukuzawa,Kevin L. Weiss,Sai Venkatesh Pingali,Reiko Urade and Masaaki Sugiyama
Journal of Applied Crystallography Published:29 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1107/S1600576726005832

Multi-domain proteins (MDPs) adopt diverse conformations arising from cooperative inter-domain motions, and such dynamics are coupled to their biological functions. Quantitative characterization of these motions is crucial for elucidating their functional mechanisms. Although small-angle X-ray scattering (SAXS) provides information on overall domain arrangement, the limited experimental constraints hinder reliable discrimination of conformational ensembles derived from molecular dynamics (MD) simulations. To address this limitation, complementary experimental constraints that offer domain-selective structural information are required. Inverse contrast-matching small-angle neutron scattering (iCM-SANS), combined with segmental deuteration, enables selective observation of individual domains and provides such complementary constraints. However, practical strategies for preparing segmentally deuterated MDPs have yet to be established. Here, we develop an experimental protocol that integrates controlled protein deuteration with high-efficiency multi-step protein ligation to generate a segmentally deuterated MDP. The combined use of SAXS and iCM-SANS yields complementary structural constraints that enhance discrimination of MD-derived conformational ensembles. This protocol expands the applicability of domain-selective observation, enabling analysis of dynamics in MDPs.