複合タンパク質間のサブユニット交換現象の解明

 複合タンパク質間で構成要素のサブユニットが交換しているという現象を発見した。実験は、重水素と軽水素を見分けると言う中性子の特徴を生かし、特別に作成した重水素化タンパク質と(普通の)軽水素化タンパク質を混合し、中性子小角散乱の散乱強度の経時変化を測定した。この時、両者間でサブユニットが交換現象が発生すれば、散乱強度は減少していく。下図は、実際のデータで確かに散乱強度が減少していることが分かる。


マルチドメインタンパク質の内部運動の直接観察

 マルチドメインタンパク質の内部運動はタンパク質自身の機能に密接に関与するこ とがこれまで主に計算的手法により予測されてきたが、実験的に内部運動を観る手法 は非常に限られており、その非常に限られた手法においてもラベリング等の系に対し て摂動となり得る操作が必要とされる。  最近、我々は中性子スピンエコー法 (NSE) を用いるとラベリング操作無しで溶液 中のタンパク質の内部運動を観測出来ることを明らかにした。しかしながら、今後よ り構造的に複雑なタンパク質の内部運動の記述にはより高度な解析手法の確立が必要 不可欠である。  そこで、現在我々はNSE法と分子動力学計算 (MD) をカップルさせた新規解析手法 の確立を目指している。


マルチドメインタンパク質の溶液構造

 タンパク質は特異的な立体構造を持ち機能を発現していると考えられている。この立体構造は単結晶X線構造解析法により詳細に解明されるが、実際のタンパク質は結晶状態ではなく細胞中で溶解して存在していることが多く、その構造は結晶構造と異なっていると考えられる。
 我々は溶液中のタンパク質の構造を中性子小角散乱法を用いて解明することを目指している。水晶体を構成するタンパク質の1つβB2クリスタリンは、図にあるように2つのドメインを持っている。結晶構造解析の結果では、44Å離れているが、この構造モデルでは溶液中のβB2クリスタリンの中性子小角散乱曲線は再現できない。そこで、RMC法を用いた解析を行った結果、2つのドメインは32Åまで接近しており、ほとんど接している事が判明した。

放射線誘起反応を利用した新規高分子ゲルの合成

 放射線誘起反応を利用して、2種類の高分子ネットワークを内包するハイブリッドゲルを作成し、その構造・物性を研究している。ポリエチレングリコール(PEG)ゲルを放射線誘起反応より合成し、更にそこにN-イソプロピルアクリルアミドを浸透させた後に、再びγ線照射により放射線誘起反応を起こさせると、PEGとポリN-イソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)のネットーワークを内包するハイブリッドゲルを作成できる。
 この事により、PEGだけでは持ちえない感温性を、ゲルに与えることができる。現在、更に多孔性まで加えたゲルを製作し、その構造・物性の研究を行っている。

鉄鋼材料における析出物のサイズ分布評価

 鉄鋼材料における析出物は、その強度・耐久性などの特性に大きな影響を与える。中性子小角散乱はその高い物質透過力を生かして、バルク状態での鉄鋼材料における内部析出物の平均サイズを求めることができる。
 本研究室では更にRMC解析法を加えることで、図に示すように小角散乱データから内部析出物のサイズ分布を導出する手法を開発した。この手法は、面倒な処理をせずに鉄鋼材料内の析出物のサイズ評価をすること事が可能であり、材料特性の改良に大いに寄与することができる。

機能性ナノ構造薄膜中のナノ構造の解明

 磁性材料や半導体などの様々な分野で精密なナノ構造を持つ薄膜材料が開発されており、より微細な構造を分析・制御する技術が重要になってきている。しかし、従来使われてきた電子顕微鏡では、ナノ構造の微細化と複雑化に伴って観測の困難な試料も増えてきており、また定量的な評価は難しい。そこで本研究室では、このようなナノ構造の解析に小角散乱法の応用を進めている。

パルス中性子小角散乱-ブラッグエッジ同時解析法

金属材料中には析出粒子や結晶粒、転位等が絡み合った複雑なミクロ組織が形成されており、物理特性に大きく影響している。従来は光学・電子顕微鏡観察によってミクロ組織の評価が行われてきたが、材料開発の高度化によって定量的な解析が求められるようになってきている。本研究室では、J-PARC等の最先端のパルス中性子源を利用した小角散乱-ブラッグエッジ同時解析法を開発し、金属材料中のミクロ組織の総合的な定量評価を進めている。