更新日： 2010-06-18

This talk will cover recent work on the treatment of radiation damage in SAD phasing in SHARP, and the incorporation of a new powerful optimiser in BUSTER-TNT after extensive re-examination of all the calculations of likelihood and its derivatives, as well as the provision of new utilities for defining high-quality stereochemical restraints for macromolecules and arbitrary ligands.

エイズの原因ウイルスであるHIV-1は感染可能な宿主域が狭く、ヒト以外に 感染する動物はチンパンジーのみであり、アカゲザル、カニクイザル、アフリ カミドリザル等の旧世界ザルには感染しない。従って感染予防ワクチンの有効 性を実験的に検定することが事実上不可能であり、ワクチン開発の大きな障害 と なっている。HIV-1はこれら旧世界ザルのCD4陽性T細胞に侵入できるもの の、それ以降の過程が効率良く進行せず、遺伝子の発現に至らない。本セミ ナーでは、HIV-1をはじめとするレンチウイルスの種特異性を決定する宿主因 子TIRM5aについての我々の最近の知見を紹介する。

オーストラリアでは現在メルボルン郊外に３．０GeVのストレッジリングを建設中です。先日、オーストラリアシンクロトロンのエンジニアーの Igor Vorsovskii さんにAustralian Synchrotronの建設状況についてお話しして頂 く機会がありましたが、今回GarrettさんがPFに１週間強滞在される機会にもう少しscientificな側面に重点をおいたお話をしていただけることになりました。以下は、Garrettさんから送って頂いたアブストラクトです。

Status of the Australian Synchrotron

Richard F. Garrett,
Australian Synchrotron Research Project
c/- ANSTO PMB 1, Menai, NSW, 2234 Australia

The coming years will see unprecedented new opportunities for synchrotron science in Australia and New Zealand, with the opening of the Australian Synchrotron in 2007. Australian use of synchrotron radiation research techniques has grown steadily since the early 1990's via access to overseas facilities provided by the Australian Synchrotron Research Program (ASRP). A fast developing and maturing synchrotron user community has grown up around the ASRP facilities at the Photon Factory, the APS and the NSRRC. The logical next step to this successful "suitcase science" program was the construction of a synchrotron research facility in Australia.

The Australian Synchrotron is a 3 GeV third generation facility, which is currently under construction adjacent to Monash University in Melbourne, Victoria. The project includes an initial suite of nine beamlines including dedicated Protein Crystallography, EXAFS, powder diffraction, SAXS/WAXS, micro-beam and soft X-ray spectroscopy beamlines. Construction is well advanced, with the building complete, accelerator components being installed and a number of beamlines ordered. The first stored beam is expected in mid 2006 and the first 4 beamlines are scheduled to be completed and beginning commissioning in March 2007. The design and construction status of the Australian Synchrotron storage ring and beamlines will be presented.　

The Australian Synchrotron is the new 3rd generation synchrotron source currently being built in Victoria, Australia. This 3GeV machine will come on-line for users in 2007. Funding for Phase 1 covers the construction of the machine and nine Phase 1 beamlines of which 2 are dedicated to Protein Crystallography.
I will present details of the Australian Synchrotron Project including an update on construction progress. I will then present our plans for the two protein crystallography beamlines.

CONSTRUCTION PROGRESS OF THE AUSTRALIAN SYNCHROTRON LIGHT SOURCE

penta-EF handカルシウム蛋白質ALG-2 の構造とメンブレントラフィック制御

Depending on the ligand force field, some Fe coordination complexes may undergo a LS/HS phase transition which can be thermo or photoexcited. Accurate crystallographic experiments performed in our laboratory and at ESRF will be presented: we will focus on the mechanism of the phase transition (isostructural, commensurate to incommensurate, domain structure), on the comparison between the photo excited and thermal LS and HS accurate structures. Finally, we will show that the photocrystallographic experiments can be precise enough to model the electron density of these metastable complexes in the case of Fe(btr)2, (NCS)2H2O, and Fe(Phen)2(NCS)2.

Although ground-state structure determination is quite routine, the determination of transient species offers considerable challenges. To meet this challenge, time-resolved diffraction on a microsec time-scale has been implemented at the 15-ID Chem/Mat CARS beamline at the Advanced Photon Source. The analysis of 3 types of complexes has been completed so far: a) binuclear Pt and Rh complexes in which the metal-metal distance shortens by as much as 0.85(4) %ュ in [Rh2(dimen)4](PF6)2. b) Cu(I) dimethylphenanthroline photosensitizer dyes in which the molecular geometry is changed by metal to ligand charge transfer. c) the trinuclear Cu(I) complex [3,5-(CF3)2pyrazolateCu]3, in which reversible intermolecular Cu-Cu bond formation occurs. The experiments are complemented by parallel theoretical calculations.
A fast shutter of novel design has been developed and is now being applied in sub-microsecond studies. The advantages and disadvantages of monochromatic vs. pink-beam Laue techniques will be discussed.

近年、アト秒の科学が発展してきている。本講演では、分子の振動波束や束縛電子波束の時間発展をアト秒の分解能でイメージング測定する方法を紹介する。まず、強レーザーパルスによって生成したアト秒電子パルスを 用いて、重水素分子の振動波束運動を200アト秒、0.05Aの分解能で測定した。次に、8fsの強レーザーパルスを用いて、重水素分子の振動波束の時間発展を0~80fsの時間レンジで数フェムト秒の分解能で測定した。さらに、重水素分子の振動を強レーザーパルスによって切断し、その解離過程の制御と波動関数が分離していく様子の測定を行った。
また、分子の束縛状態に生成した電子波束運動をアト秒の時間分解能で測定する方法について議論する。

関連論文：
1. H.Niikura, D.M.Villeneuve, P.B. Corkum　"Mapping attosecond electron wave packet motion"
Physical Review Letters, 印刷中

2. J. Itatani, J. Levesque, D. Zeidler, Hiromichi Niikura, H. Pepin, J. C. Kieffer, P. B. Corkum and D. M. Villeneuve Tomographic Imaging of Molecular Orbitals Nature 432号　pp.867-871 (2004)

3. H. Niikura, F. Legare, R. Hasbani, Misha Yu Ivanov, D. M. Villeneuve, P. B. Corkum "Probing molecular dynamics with attosecond resolution using correlated wave packet pairs" Nature 421, 826-829 (20 Feb 2003) Letters to Editor.

4. H. Niikura, F. Legare, R. Hasbani, A. D. Bandrauk, Misha Yu. Ivanov,D. M. Villeneuve, P. B. Corkum "Sub-laser-cycle electron pulses for probing molecular dynamics" Nature 417, 917-922 (27 Jun 2002) Article.

近年になって高輝度かつ高エネルギーのＸ線が利用可能となってきた。このような性質が優れていてかつ制御されたＸ線を利用することで、原子核励起過程を利用した物質科学研究への可能性が大きく開かれてきている。特に、元素およびサイトの特定という概念を軸にして、放射光と核共鳴励起過程双方の有する性質を最大限に利用することで、放射光核共鳴散乱法の持てる最大限の性能を引き出すことが可能となる。例えば、ナノ構造物や多層膜等の場合の表面・界面や特定部分だけを選択した情報、鉄構造物の表面さび等のように自然環境下に置かれた試料の表面からの深さに依存した状態、超高圧、超高温、超低温、強磁場といった通常ではアクセスしにくいような極限環境下試料の測定等が可能となってくる。
このような放射光核共鳴散乱法の有する特徴と研究の現状について紹介を行い、今後の研究の進展および方向性について議論する。

Diamond Light Source is the new 3rd generation synchrotron source currently being built at the Rutherford Appleton Laboratory just south of Oxford in England. This 3GeV machine will come on-line for users in 2007. Funding for Phase 1 covers the construction of the machine and seven ＜Phase 1ｃ beamlines of which 3 are dedicated to Macromolecular Crystallography.
In my talk I will present details of the Diamond project including an update on construction progress so far. I will then present our plans for the three Phase 1 MX beamlines.

Beamline I24 at Diamond is being designed in order to meet the challenges of structural biology of membrane proteins and large macromolecular complexes. Crystals of these molecules are notoriously difficult to grow to sizes appropriate for use on standard 3rd generation beamlines where beam sizes are typically 30 - 100_m. To address problems where crystals of only 30_m or less are available a dedicated microfocus macromolecular crystallography beamline is being constructed at Diamond. The beamline will be capable of delivering a focused beam of 5 - 100_m onto a crystal sample with high positional and high flux stability over a large range of frequencies. The beamline concept will be presented along with proposed solutions for improving the stability and quality of the focused X-ray beam.

MgB2が超伝導臨界温度(TC)39Kを持つ超伝導物質であることが報告されて以来、同じ結晶構造であるC32型（AlB2型）構造を持つ化合物における超伝導物質探索が行われている。
本講演では、我々が行っている三元系C32型シリサイドおよび関連化合物における超伝導物質探索の状況を報告する[1-7]。特に、Sr(Ga,Si)2がC32型超伝導物質であると決定した経緯について述べる[1,2]。また、関連物質の物性についても述べる予定である[7]。
(1) "Superconductivity of ternary silicide with the AlB2-type structure Sr(Ga0.37Si0.63)2",M. IMAI,
　　E. ABE, J. YE, K. NISHIDA, T. KIMURA, K. HONMA, H. ABE and H.KITAZAWA, Phys. Rev. Lett. Vol. 87,
　　077003 (2001)
(2) "Synthesis of a Si-clathrate compound, Sr8GaxSi46-x, and its electrical resistivity measurements",
　　M. IMAI, K. NISHIDA, T. KIMURA, and K. YAMADA, J. Alloys Compounds, Vol. 335, pp. 270-276
　　(2002).
(3) "Superconductivity of Ca(Al0.5,Si0.5)2, a ternary silicide with the AlB2-typestructure", M. IMAI,
　　K. NISHIDA, T. KIMURA, and H. ABE, Appl. Phys. Lett. Vol. 80, pp. 1019-1021 (2002).
(4) "Superconductivity of ternary silicides MI(MII0.5, Si0.5)2 (MI=Sr and Ba, MII=Al and Ga,)", M. IMAI,
　　K. NISHIDA, T. KIMURA, H. Kitazawa, H. ABE, H. Kito, and K. Yoshii, Physica, Vol. C382, pp. 361-366
　　(2002).
(5) "Superconductivity of ternary silicides A(Gax, Si1-x)2 (A=Ca, Sr, and Ba)", M. IMAI, K. NISHIDA,
　　T. KIMURA, and H. ABE, Physica, Vol. C377, pp. 96-100 (2002).
(6) "Superconducting properties of single crystalline Ca(Al0.5,Si0.5)2 : A ternary silicide with the AlB2
　　structure", M. IMAI, H. ABE, K. NISHIDA, T. KIMURA, T. SATO, H. KITAZAWA, Phys. Rev. Vol. B 68,
064512 (2003).
(7) ＜Electrical Properties of Single-Crystaline CaAl2Si2ｃ, M. IMAI, H. ABE, K. YAMADA, Inorg. Chem.
　　Vol. 43, 5186 (2004).

Present status of INDUS-I and INDUS-II is reported. INDUS-I is a 450 MeV synchrotron light source at CAT and has been operational from 1999. The construction of INDUS-II, a 2.5 GeV synchrotron light source at CAT, has been completed, and the commssioning of the machine has started. CAT has observed the beam circulate in the ring on August 27.

産総研では、可視域からγ線までの放射強度標準を供給している。光源は、レーザー、シンクロトロン放射、Ｘ線管、アイソトープを利用している。そのなかで、シンクロトロン放射を光源として真空紫外からＸ線までの標準の現状と将来計画を紹介する。この標準に関連して、産総研の放射光施設の現状・将来および世界における標準の動向についても紹介する。
　シンクロトロン放射を一次標準とした研究は、現在４−８ｅＶで行われており、２年後に実用化する。この標準以外は全て、検出器を一次標準とした標準の確立がなされている。１４ｅＶ−１０００ｅＶは、希ガスを封入したイオン・チェンバーを一次標準として、標準が確立している。この領域では、フォト・ダイオード、金属カソードなどの校正を行なうことができる。数１０ｅＶよりも低エネルギーでは、原子の多重イオン化や光電子による２次イオン化の影響が無視できる程度に小さいので、１％程度以下の不確かさで強度を測定することができる。しかし数１０ｅＶ以上では、原子の多重イオン化を実測し、２次イオン化などの影響を無視できる条件で強度を計測するために、不確かさが大きくなり５％程度となっている。
　この不確かさを小さくするために、極低温カロリー・メータを導入し、不確かさを１％以下にするための研究を行っている。産総研とSpring-8において、イオン・チェンバーと極低温カロリー・メータの比較をおこなったので、その結果も紹介する。現在、イオン・チェンバーと極低温カロリー・メータが５％程度ずれているので、その原因を調査中である。
　今後、極低温カロリー・メータをX線領域まで拡張し、単色X線標準を確立していく計画である。なお、現在のX線標準は、Ｘ線管とフィルターを用いて得られたブロードなＸ線を自由空気電離箱によって、照射線量（Ｃ／ｋｇ）や空気カーマ（Ｇｙ）を実現している。不確かさは１％程度である。

Diaphanous-related formins (DRFs) regulate dynamics of unbranched actin filaments during cell contraction and cytokinesis. The conserved formin homology 2 (FH2) domain nucleates actin filaments and remains bound to the barbed end of the growing filament. I will discuss its molecular mechanisms based on the crystal strucuture of the complex between the FH2 domain and actin. DRFs are autoinhibited through intramolecular binding of a Diaphanous autoinhibitory domain (DAD) to a conserved N-terminal regulatory element. Autoinhibition is relieved through binding of the GTPase RhoA to the N-terminal element. I will discuss the mechanisms of Rho GTPase-mediated activation of the Formin mDia1 though the crystal structure of the N-terminal element as well as NMR and biochemical mapping experiments.

最近、小型の高輝度X線源としてレーザーコンプトン散乱による装置が注目され、国内だけでなく海外でも開発が進められてきている。我々は、NEDOプロジェクトで１９９６年より開発を開始し、２００１年にX線の発生の原理実証に成功するとともに、装置の改造を進めて２００４年度でプロジェクトが終了し、最大33keVのX線を発生する装置を開発した。本講演では、レーザーコンプトン散乱によるX線発生の原理とX線の特徴、装置開発の概略とその性能、発生X線による利用の一部と今後の展開について述べる。

サブミクロンサイズの磁性体ディスクはvortexと呼ばれる磁気渦構造を持つことが知られている。Vortexの状態（トポロジー）を表す一つの指標として、磁気渦の向きの時計回り・反時計
回りを示すカイラリティが存在する。vortexのカイラリティを制御することにより、ビット間の磁気的干渉のない磁気ランダムアクセスメモリー（MRAM）を実現できることが期待されている。われわれはカイラリティ制御を目標として、外部磁場印可によるカイラリティ制御手法を考案するとともに、高い空間分解能で磁気イメージングが可能な放射光光電子顕微鏡（PEEM）を用いてカイラリティ制御を実証したので報告する。さらに、ピコ秒時分割磁気イメージングの可能性や磁気イメージングを行う上での可変偏光スイッチングの利点についても議論する。

αジストログリカン(αDG)のO-マンノース（O-Man）型糖鎖(Siaア2-3Galイ1-4GlcNAcイ1-2Man)は、筋ジストロフィーや神経細胞遊走異常の病態メカニズムに深く関わる。これまで我々は、哺乳類のO-Man型糖鎖生合成経路の解明に取り組み、GlcNAcをイ1-2結合でManに転移するGlcNAc転移酵素、POMGnT1(Protein O-mannose イ-1,2-N-acetylglucosaminyltransferase 1)の性質を明らかにし、POMGnT1が先天性の筋ジストロフィーに加え、眼奇形、神経細胞移動障害を特徴とするmuscle-eye-brain disease(MEB)の原因遺伝子であることを特定した。一方、哺乳類のPOMT(Protein O-mannosyltransferase)活性を担う分子の実体は長い間不明であったが、最近我々はその実体を明らかにした。酵母のO-Man転移酵素のヒトホモローグとしてPOMT1とPOMT2があるが、POMT1とPOMT2はO-Man転移酵素であること、その活性発現にPOMT1-POMT2複合体形成が必要であることを明らかにした。Walker-Warburg syndrome (WWS)はMEBと同じように、先天性筋ジストロフィー、滑脳症と眼奇形を伴う常染色体劣性遺伝病である。我々はWWS患者のPOMT1の遺伝子変異によりPOMT活性は失われることを明らかにした。さらに我々は、ショウジョウバエでも二つのPOMTホモローグがあるが、ヒトの場合と同様にPOMT活性発現には両ホモローグの共存が必要であること、さらにRNAiによりそれぞれの発現を抑制すると筋形成がうまくできず体がねじれてしまうこと、を明らかにした。これらの結果は、脊椎動物と無脊椎動物を問わず筋形成におけるO-Man型糖鎖の重要性を示している。

細胞の内部はオルガネラ（細胞小器官）によってさらに小さな区画に細分されており、細胞内で合成される何万種類にも及ぶ蛋白質のひとつひとつが、その所属するべきオルガネラに正しく輸送されてはじめて細胞は正常に機能できる。蛋白質の正しい細胞内局在は細胞自身の生存に必須なばかりでなく、神経系や免疫系など、高等多細胞生物特有の高次機能を支える根幹的細胞機能としても重要であり、その破綻は種々の遺伝病の原因になることもある。
　このような蛋白質の細胞内局在を制御する因子のひとつとして、AP複合体が知られている。AP複合体には全身のあらゆる組織・細胞に存在するサブタイプが４種類あり、それぞれ異なるオルガネラへの蛋白質局在を制御すると考えられる。これら４種類に加え、腸管などの上皮細胞にのみ発現するAP-1Bと、神経細胞特異的に発現するAP-3Bが知られている。本セミナーでは、AP複合体の機能について、特にAP-1BとAP-3Bを中心に紹介したい。

B（ボロン）ドープ・ダイヤモンドは、CVD技術の進歩により良質の薄膜が得られるようになり、高硬度・高熱伝導度等の特徴と併せて、電子デバイスへの応用の観点から注目されている物質であるが、近年、高濃度にBを添加したダイヤモンドが超伝導を示す事が発見され、不純物半導体が高濃度添加により金属化した後に発現する超伝導と云う、点で、基礎物性の面からも注目されている。
本セミナーでは、絶縁体から超伝導を示す幅広い濃度範囲のBドープ・ダイヤモンド試料に関する軟X線吸収・発光法によるB及びC-2pの部分電子状態について、これまでの結果を紹介する。
実験は、米国LBNL-ALS BL.8.0.1で行なった。得られた結果に関して、クラスター計算及びバンド計算の結果と比較を行ない、不純物元素の電子状態の局在性・バンド分散との比較、及びそれらのB濃度依存性等を議論する。

私の大学院在籍時における結晶学の状況を背景に、今日までの自身の研究について述べる。
X線結晶学において、放射光の利用は広い分野において画期的な成果をもたらして来たが、
その中において行った地球圏外物質を対象とした回折装置、及び解析法の開発を述べ、また、
未だ地球上では見出されていない隕石中の鉱物の解析についても述べる。

４０年間に行なってきた開発はビーム・ラインと、不可視情報の可視化に分けられる。
画像開発を手法と観察対象とに分けると、
（位相検波：骨梁と昆虫内部可視化）、
（X線回折と中性子磁気回折：SDW磁区観察）、
（吸収コントラスト：冠動脈造影）、
（屈折コントラスト：関節軟骨・乳ガン・肺胞造影）に、更に細分できる。
吸収、位相、屈折コントラストを上げる各種中性子・X線光学系の開発と、
乳ガンの早期診断を目指す最近の状況をお話する。

ドリーム・ビームの名で知られるようになったレーザー・プラズマ加速器は世界的な研究熱の高まりで、ビームの「質」「量」ともに実用レベルに近づきつつあり、新加速法にもとづくコンパクト・フェムト秒X線源や、THz線源とその応用は、次のステップの研究開発目標とされ、プロジェクト研究も動き始めた。レーザー・プラズマ加速研究の最新の成果と世界の動向を紹介し、新しい放射光源を展望してみたい。

Shanghai Synchrotron Radiation Facility is designed to be an advanced third generation synchrotron radiation light source with the storage ring energy at 3.5GeV. It can produce very brilliant photon beams both in X-ray and soft X-ray region, which will facilitate the researches in life science, material science, earth and environmental science and many other fields.
The construction of SSRF started last year and is now in full swing.
Phase I beamlines on SSRF have been designed and the program for further beamlines is under planning. The overview of progress of SSRF project and beamline program will be presented, and the main design features of phase I beamlines will be presented as well.

Many bacterial toxins bind to and gain entrance to target cells through specific interactions with membrane components. One such example is cholera toxin (CTAB5), a pathologically active agent secreted by the bacterium Vibrio cholera. The toxin has an AB5 arrangement of subunits. Five identical B subunits (CTB5), each composed of 103 amino acids, form a pentameric ring with a vertical height of 3.2 nm and a radius of 3.1 nm CTB5 is responsible for binding the toxin to its cell-surface receptor, ganglioside GM1. The single A-unit is a disulfide-linked dimmer composed of an A1 and A2-subunit that is aligned through the central pore "doughnut hole" of the B5 subunit. It has been proposed that the A1 peptide crosses the cell membrane and reaches the cytoplasmic face. There, it interacts with integral membrane proteins, disrupting their normal function, resulting in a large efflux of water and ions from the cell (severe diarrhea). Although much is known about the structure and catalytic activity of cholera toxin, the mechanism by which cholera toxin crosses the plasma membrane remains unknown.
Using neutron/x-ray reflectivity and x-ray grazing incidence diffraction (GID), we have characterized the structure of mixed DPPE:GM1 lipid monolayers before and during the binding of CTAB5 or its B subunit CTB5. Structural parameters such as the density and thickness of the lipid layer, extension of the GM1 oligosaccharide headgroup, and orientation and position of the protein upon binding are reported. Both CTAB5 and CTB5 were measured to have ~50% coverage when bound to the lipid monolayer. X-ray GID experiments show that both the lipid monolayer and the cholera toxin layer are crystalline.

間接交換結合は数ナノメーターの非磁性層を介して強磁性層の磁気モーメントが相互作用する現象である。巨大磁気抵抗効果とコインの表裏の関係にあり、最近発展が目覚しいスピントロニクスは延長線上にある。非磁性層の遍歴電子のスピン分極に注目した量子干渉理論が90年代半ばに提案され、結合振動の機構、周期や結合エネルギーを決める因子が理解されるようになった。しかし、非磁性金属のスピン分極を実験で直接プローブすることはできなかった。最近、第3世代放射光光源を利用した硬Ｘ線共鳴磁気分光・散乱技術が発展し、ブレーク・スルーがもたらされた。
講演では間接交換結合、量子干渉理論の概略を説明し、CuおよびCu合金を非磁性層に用いたCo/Cu, Co/CuNi, Gd/Cuなどの多層膜からの測定されたCu Ｋ端XMCD、RXMS（共鳴Ｘ線磁気散乱）、磁気抵抗比や結合エネルギーなどのマクロ磁性との相関、量子干渉モデルによる解析について最近の研究成果を紹介する。Cu XMCDスペクトルの特徴と多重散乱計算にも触れる。

共鳴X線発光分光（RXES）の研究の最近の著しい発展について、（１）高温超伝導関連物質と（２）遷移金属化合物に対する研究を例として紹介する。不純物アンダーソン模型とクラスター模型による理論研究を中心にし、主な実験結果を紹介するとともに、それらにおけるRXESの機構の解明に主眼をおく。
（１）については、これまでCu 2p-3d-2p RXES, Cu 1s-4p-1s RXES およびO 1s-2p-1s RXESの3つの流れを中心にして、研究が進展してきた。それらは互いに相補的な役割を果たし、d-d励起と電荷移動励起（CT励起）についての極めて重要な情報を提供してきた。また、もう一つの流れとして、Cu Kα RXESがCu 1s電子のX線吸収端近傍の微細構造の解明に果たしてきた役割にふれ、この方面で得られた最近の研究成果を紹介する。（２）については、TiO₂, MnO, NiOの2p-3d-2p RXESに対して、偏光依存性、特徴的なCT励起、d-d励起に対する最近の高分解能測定とその解析などを紹介する。