タンパク質の核磁気共鳴分光法とは？
タンパク質の核磁気共鳴分光法（通常、タンパク質NMRと略される）は、構造生物学の一分野で、NMR分光法を用いて、タンパク質や核酸、およびそれらの複合体の構造とダイナミクスに関する情報を得るために使用されます。この分野は、ETHのRichard R. ErnstとKurt Wüthrich[1]、NIHのAd Bax、Marius Clore、Angela Gronenborn[2] 、ハーバード大学のGerhard Wagnerらによって開拓されたものである。NMR分光法による構造決定は、通常、いくつかの段階を経て行われ、それぞれが高度に専門的な技術を駆使して行われる。試料を準備し、測定を行い、解釈のアプローチを適用し、構造を計算し検証する。

NMRは、原子の中心核（「核」）の量子力学的な特性を測定する。この性質を測定することで、原子が化学的にどのように結合しているか、空間的にどの程度接近しているか、互いにどの程度速く移動しているかを知ることができます。この特性は、より身近な磁気共鳴イメージング（MRI）で使用されるものと基本的に同じですが、分子の応用では、ミリメートル（放射線科医が関心を持つ）からナノメートル（結合した原子は通常ナノメートルの数分の1）に100万分の1の規模で変化するため、多少異なるアプローチを使用します。このようなスケールの変化には、より高い検出感度と長期的な測定の安定性が必要です。MRIとは対照的に、構造生物学研究では、画像を直接生成するのではなく、複雑なコンピュータ計算によって3次元の分子モデルを生成する。

現在、ほとんどのサンプルは水中の溶液で調べられますが、固体サンプルにも対応できるような方法が開発されています。データ収集は、試料を強力な磁石の中に入れ、試料に高周波信号を送り、その信号の吸収を測定する。タンパク質に含まれる原子の環境によって、個々の原子の原子核が吸収する電波の周波数が異なる。さらに、隣接する原子核によって、異なる原子核の吸収信号が乱されることもある。この情報をもとに、核と核の間の距離を測定することができます。この距離から、タンパク質の全体的な構造を知ることができるのです。

典型的な研究は、2つのタンパク質がどのように相互作用するかというもので、相互作用の正常な生物学を探るために使用できる低分子の開発（「化学生物学」）や、医薬として使用できる可能性のあるリードの提供（医薬品開発）を目的とする場合がある。多くの場合、相互作用するタンパク質のペアは、ヒトの遺伝学の研究によって同定され、相互作用が好ましくない変異によって破壊される可能性があることを示すか、あるいはミバエ、酵母、線虫、マウスなどの「モデル」生物の通常の生物学において重要な役割を果たすかもしれない。サンプルの調製には、一般的に分子生物学の手法を用い、バクテリアによる発酵で量を稼ぐ。これは、同位体が異なる挙動を示し、重複するNMRシグナルを識別する方法を提供するため望ましい。