理化学研究所,東北大学,高輝度光科学研究センター,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和５年３月２１日

理化学研究所
東北大学
高輝度光科学研究センター
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

ＸＦＥＬと電子顕微鏡による低分子有機化合物の結晶構造解析

～２線源の特性を生かし、水素原子と電荷に関する情報を取得～

理化学研究所（理研） 放射光科学研究センター 利用技術開拓研究部門 生体機構研究グループの高場 圭章 基礎科学特別研究員、利用システム開発研究部門 ＳＡＣＬＡビームライン基盤グループ イメージング開発チームの眞木 さおり 研究員、生体機構研究グループの米倉 功治 グループディレクター（理研 科技ハブ産連本部 バトンゾーン研究推進プログラム 理研－ＪＥＯＬ連携センター 次世代電子顕微鏡開発連携ユニット ユニットリーダー、東北大学 多元物質科学研究所 教授）、ＳＡＣＬＡビームライン基盤グループ ビームライン開発チームの井上 伊知郎 研究員、高輝度光科学研究センター ＸＦＥＬ利用研究推進室の登野 健介 チームリーダー、理研 同センター 物理・化学系ビームライン基盤グループの矢橋 牧名 グループディレクター、同センターの石川 哲也 センター長らの共同研究グループは、Ｘ線自由電子レーザー（ＸＦＥＬ）を用いて、低分子有機化合物の微小結晶から水素原子を含む詳しい構造解析が可能なことを明らかにし、ＸＦＥＬと電子顕微鏡の相補利用の有用性を示しました。

本研究成果は、有機化合物の立体構造、化学的性質、機能のより詳しい理解を進め、創薬や材料開発に役立つと期待できます。

有機合成化学、薬学、材料科学などの分野では大きな結晶が得られない化合物が多いため、小さな結晶の構造解析が重要です。電子線はＸ線に比べて試料に数万倍も強く散乱されるため、微小結晶の構造解析に利用されています。

今回、共同研究グループはＸＦＥＬ施設「ＳＡＣＬＡ」を用いた高効率な解析技術を開発し、ローダミン６Ｇという有機蛍光分子の詳細な構造を決定することに成功しました。この構造と電子顕微鏡を用いて得られた構造を比較したところ、化学結合の種類によって変わる水素原子の結合距離を判別し、Ｘ線と電子線の両線源で異なる散乱体を識別する精度を持つことが分かりました。また、原子座標の信頼性はＸＦＥＬの方が高く、一方で電子線は電荷に対して高い感度を持つことも明らかになりました。これにより、分子機能と直結する構造特性を観察できることが示されました。

本研究は、科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」オンライン版（２０２３年３月２０日付：日本時間２０２３年３月２１日）に掲載されます。

本研究は、日本学術振興会（ＪＳＰＳ） 科学研究費助成事業 若手研究「電子線を利用したタンパク質の分子内電荷の決定（研究代表者：高場 圭章、２０Ｋ１５７６４）」、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 未来社会創造事業 探索加速型「微小結晶構造の自動・高精度電子線解析（研究代表者：米倉 功治、ＪＰＭＪＭＩ２０Ｇ５）」、同 戦略的創造推進事業 ＣＲＥＳＴ「実験・計算・データ科学融合による塗布型電子材料の開発（ＪＰＭＪＣＲ１８Ｊ２）」、日本医療研究開発機構（ＡＭＥＤ）医療研究開発革新基盤創成事業（ＣｉＣＬＥ）などの助成を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Structural resolution of a small organic molecule by serial X-ray free-electron laser and electron crystallography”
ＤＯＩ：10.1038/s41557-023-01162-9

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Structural resolution of a small organic molecule by serial X-ray free-electron laser and electron crystallography”

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