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背景
生物化学は弱いによって、非共有、さまざまな反作用の強さで絶えずなされ、壊れる大きい生物高分子物質間の結束特徴付けられます。 van der Waal's のタイプ力によって代表される相互作用力は 6 の力への相互作用の間隔によって変わることができ、従って 1 分子の能力はへの 「合うか」、またはフォールドの形に合致しますまたは別のもののポケットは反作用を運転します。
逆に、結合パートナーはそれにより反作用を調整する潜在的で生化学的な作業を可能にするか、または禁止状態にするために生体物質 (例えば蛋白質) の構造を歪めることができます。 実際に、これは小さい分子が選択式に相互に作用し、病気のメカニズムで関係するターゲット蛋白質の構造を歪める機能のために設計されている薬剤の介在の後ろの基本的な前提です。
| 二重分極のインターフェロメトリーは (DPI)直径 (かサイズ) および密度 (単位体積ごとのすなわち堅くそれ折られるどのようにあるか、大容量の測定によって蛋白質の構造をまたは蛋白質をつなぎ、非 diffractive 光学を使用して精査によってスライドガラスに) 測定します。 方法はリアルタイムの亜原子次元に蛋白質の構造を (0.1 Å よりずっと低く) 解決し、蛋白質の性格描写のフィールド、 proteomics の科学の必要な訓練で研究者間の成長する受諾があります。 |
遠視野では、私達の作業は形の直接測定か生体物質の構造のまわりでここ十年間生体物質が作用すると同時にこれがどのように変更するか回転し。 構造の作業関係を監視するこの機能は (CAR)スライドガラスで捕獲される相互作用の生体物質の分子サイズそしてフォールドの1密度を (従っておよび集中して下さい) 測定する二重分極の干渉計として知られている benchtop の分析的なツールで明示されます。 技術に picometer の解像度があり、リアルタイムで、そして自由に分類し、そして既に世界的な 19 ヶ国を渡る成長する userbase があります。
構造の作業関係の重要性 (CAR)
(病気のメカニズムで関係させる) 例えば薬剤デザインで、慣習的な薬剤のスクリーニングプログラム意志は蛋白質ターゲットに選択式にスタックする彼らの機能に基づいて相互作用の親和性と言われる多くの千のライブラリから候補者をそうでなかったら何百万選びます。 高い親和性の相互作用は候補者の非常に低い集中に発生でき、従って候補者は副作用を他の所で誘導してまずないです。ただし、高い親和性は候補者が生体物質正しくまたは全然準拠しているという保証を与えません。 親和性を高めるために (分子工学によって) 最適化できる望ましい作業のための正しい構造を誘導するより低い親和性の分子を持っていることはよくないですか。
簡単な例はターゲット蛋白質 (nvCJD で関係させるプリオン蛋白質) がいくつかの金属イオンの異なった集中によって挑戦されるかところで次示されています。 各集中で関連付けられる金属イオンの大容量から親和性 (および化学量論) 測定することができます。 サイズおよび密度のプロフィール 1 からコバルトは分子を歪めないことを同じような親和性がある亜鉛間すぐに見ることができるどんなに、します。
なお、銅 (蛋白質のサイズの減少および密度の増加として示されている短縮) の場合には明白な conformational 変更は十分に亜鉛が付いている conformational 変更が十分に逆転する一方逆転しません (すなわち別の安定した構造か isoform に移行しました)。 同じような親和性の 3 相互作用からの 3 つの構造の作業関係。
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| 図 1。 プリオン蛋白質 (PrP) への結合する金属イオンの同じような親和性の結合の相互作用のための異なった構造の作業関係の例。 conformational 変更がことができるかどれをから) 相互作用の親和性がことができるかどれをからか異なった金属イオンの連合そして分離の大容量 (計算する) および対応するサイズおよび密度のプロフィールは異なった集中に示されています (測定する。 最大 conformational 変更は (Cu) 0.04nm であり、各挑戦は 5 微細な注入でした。 (岐阜大学、日本のデータ礼儀) |
薄膜の Conformational 変更
柔らかい問題 (例えばポリマー) はまた同じようなゆがみに応じて、頻繁にそれ nanoscale に定義機能であるこの可鍛性性質です。 二重分極のインターフェロメトリーは (DPI)ポリマーのこれらの変更を特徴付けるまたことができ、フィルム厚さを両方測定します中性子反射のような他の解析技法の R.i. そして一致はおよび ellipsometry 図2 2. で下記に示されているように優秀です。 しかし ellipsometry とは違って DPI は厚さを定め、任意に薄層のそして中性子データ、とは違って互いとは関係なく RI 実験そして制御通信路との benchtop のフォーマットのリアルタイム以内にこれをします。
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| DPI の図 2. 比較および高分子電解質の多層構造物の ellipsometery の測定。 厚さ (d) および R.i. のための厚い層の一致で (n) は優秀です。 ellipsometry 減らされた厚さで DPI が互い違いの肯定的な、負荷電の層の沈殿と関連付けられる密度の振動を明らかにする薄層を任意に測定できる間、 RI (または厚さ) の知識を厚さ必要とします (または RI を) 計算するために。 (YKI、ストックホルムのデータ礼儀) |
そのような自己によってアセンブルされる構造物の他の多くの例は調査された例えば DNA の multilayers、3キトサン/ヘパリン4およびずっと高分子電解質です5,6。
当然結合のイベントを含まない興味の conformational 再構成の多くのタイプがあります。 pH の変更によるポリマー膨張は普通 「大きい物理学と」関連付けられる解像度で迅速かつ簡単に再度特徴付けることができる 1 つのそのようなプロセスです。 簡単な例は図 3 で多の表面によって捕獲される薄膜が PH の範囲を渡って (allylamine) 調査されるところで示されています。 低い pH で、ポリマーの protonation により層は間、高い pH で層の契約および密度の増加膨れます。
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| 二重分極のインターフェロメトリーによって測定される protonation による図 3. ポリマー膨張 |
これらの測定はまた 1 つの isoform からの別への転移がまた異なった温度、 PH、イオン強さ、溶媒または他の環境か refolding 条件のマトリックスで isoform の安定性特徴付けることができる生物高分子物質に拡張し。
二重分極のインターフェロメトリーの未来
2003 年に導入以来7、二重分極のインターフェロメトリーは生命および物理科学両方の世界中の研究者の広い範囲によって採用されました。 補助的な原子解像度で分子構造を測定し、特徴付けるその機能は nano および生物科学の研究のための基本的に新しい機会を作成しました。 器械使用の最新の生成は、 4D 生物ワークステーション蛋白質の溶解および他の分子フェーズ遷移の測定を可能にする 65°C に拡張温度が可能です。
異なった温度の相互作用の動力学そして親和性を特徴付けることによって不良部分ただしかしまた conformational 変更の自由エネルギー、エンタルピーおよびエントロピーの量を示すこともまた可能です8。 これは単一の実験の単に不良部分か、または refolding の親和性、動力学、熱力学および conformational 変更の直接測定をはじめて可能にします。
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| 図 4。 自動化されたサンプル紹介が付いている二重分極の干渉計の benchtop の器械。 |
将来より高いスループットおよびより小さいサンプルボリュームはアプリケーションを選別するために必要となりますが、また 4D 生物ワークステーション extracted.from の場合もある分光情報の他の多くのレベルがあります。 非常に初期蛋白質の水晶核形成の測定は光学9 損失を使用して既に脂質の bilayers の順序そして無秩序を測定するのに蛋白質の脂質の相互作用を特徴付けるために複屈折が今10 使用されている間示されてしまいました。 11次のディケイドの私達の視野は偽りなく分子世界を照らすためにこれらの次元の性格描写の忠誠をまた高めることです!
参照
1. Swann M.J.、フリーマン N.J の G. 十字の Dual Polarization のインターフェロメトリー: (固体/液体インターフェイスの生物) 分子オリエンテーション、構造および機能を測定するためのリアルタイムの光学技術。 : バイオセンサーおよび Biochips の 2 ボリュームセット (2007 年) の手引。 ED: R.S. Marks、 C.R. Lowe、 D.C. Cullen、 H.H. Weetall、 I. Karube。 ワイリー、 ISBN: 978-0-470-01905-4、 Vol1、部 4、 ch33、 pp549-568。
2. Halthur T.、 Claessen P.、 Elofsson U.、ポリペプチド Multilayers にエナメルのマトリックスの派生物蛋白質の固定、 Ellipsometry の消滅および二重分極のインターフェロメトリーの水晶の微量はかりを使用して比較級のそのままの測定。 Langmuir (2006 年) 22(26) 11065-71。
3. リー L.、ジョンソン A.P.、 Caruso F.、 DNA の多層フィルムの塩そして熱安定性をオリゴヌクレオチドの長さによって処理します。 Biomacromolecules (2008 年の) 11 月 9(11) 日: 3070-8。 Epub 10 月 2008 日 1. 日。
4. Lundin M.、 Blomberg E.、 Tilton R.D.、キトサンの層によ層アセンブリのポリマー原動力およびヘパリン、 Langmuir のできるだけ早の記事、刊行日付 (網): 11 月 18 日、 (2009 年) (記事) DOI: 10.1021/la902968h.
5. Aulin C.、 Varga I.、 Claesson P.M.、 Wågberg L.、 Lindström T.、 polyethyleneimine の高分子電解質の multilayers の集結および消滅のそのままの二重分極のインターフェロメトリーそして水晶の微量はかりによって調査される microfibrillated セルロース。 Langmuir、 (2008 年の) 3 月 18 日; 24(6): 2509-18。 Epub (2008 年の) 2 月 16 日。
6. 車線 T.J.、 FletcherW。 R.、 Gormally、 M.V.、 Johal M.S. の二重ビーム分極のインターフェロメトリーは高分子電解質の吸着の機械論的な面を解決します。 Langmuir、 (2008 年) できるだけ早く記事、網の発行日: 9 月 10 日、 (2008 年)。
7. Swann M.J.、フリーマンニュージャージー、 Carrington S.、ロナン G.、 Barrett P.、蛋白質の相互作用の構造変化そして化学量論のサイズおよび密度の側面図を描くことを使用して量を示します。 ペプチッド科学の文字 (2003 年) 10 487-494。
8. van't Hoff および Eyring の同等化を使用して。
9. Boudjemline A.、 Clarke D.T.、フリーマンニュージャージー、 Nicholson J.M.、ジョーンズ G.R. の出現の光学導波管の技術 J. Appl によって明らかにされる蛋白質の結晶化の初期。 Cryst。 (2008 年)。 41、 523-530。 doi: 10.1107/S0021889808005098.
10. Mashaghi A.、 Swann M.、 Popplewell J.、 Textor M.、 Reimhult E.、導波管の分光学によっておよび肛門サポートされた脂質の bilayer の形成動力学の調査にアプリケーション厳密に調べられるサポートされた脂質の構造の光学異方性。 Chem。、 80 (10)、 3666-3676、 (2008 年)。 PMID: 18517221 網の発行日: 4月19日。(2008 年); (記事) DOI: 10.1021/ac800027s.
11. Sanghera N.、 Swann M.J.、ロナン G.、 Pinheiro T.J.、脂質の膜のプリオン蛋白質の集合の早いイベントへの洞察力、 Biochimica と Biophysica のアクタ (BBA) - Biomembranes のボリューム 1788 の問題 10、 2009 年)、ページ 10 月 (2245-2251。
、版権 AZoNano.com ジェリーロナン (遠視野のグループ) 先生