东京大学研究生院先端科学研究生院佐佐木雄二教授领导的研究小组（产业技术综合研究所光明科学研究中心关口博史博士）药物发现分子谱研究中心，兵库大学研究生院生物科学研究生院宫泽敦夫教授，东京大学前沿科学研究生院教授冈田正人及其同事，在世界上首次成功观察到烟碱乙酰胆碱受体单个分子的三维内部运动，这种蛋白质在控制肌肉运动、记忆和记忆方面受到了广泛关注。学习，作为时间分辨率为 100 微秒、精度为皮米（原子直径长度的 1/100）的视频。
根据两种均质蛋白质的单分子测量结果，可以确定由五个亚基组成的五聚体的内部分子运动如下异质结构和同质结构之间亚基组成的明显差异，并发现通过改变各亚基的组成可以实现各种运动。
本课题组使用的测量方法X射线单分子追踪法(衍射 X 射线跟踪：DXT)''，全部分子内部动力学主要部分的单分子视频测量结果。而且，没有副作用变构药物发现，必须获得分子内部动力学的信息，因此它有望为变构药物的发现做出贡献。
有关此结果的详细信息，请联系自然出版集团 (自然出版集团) 电子期刊“科学报告”将在网络突发新闻版中发布。
据说烟碱乙酰胆碱受体（nAChR）在接受神经递质乙酰胆碱（ACh）时会打开其分子结构的中心部分，诱导离子流入调节细胞兴奋性。电生理学测量表明 nAChR 诱导通道关闭、开放和脱敏状态众所周知要采取门控过程的分子机制到每个状态的转换是完全未知的。该研究小组尝试使用DXT进行分析，认为除了静态结构信息外，单个分子在各个状态下的内部动力学信息对于阐明分子机制也很重要。
DXT将数十纳米（纳米）量级的超细金纳米晶体以化学方式附着在观察到的蛋白质分子上，并结合分子内部的运动来检测标记纳米晶体的运动X 射线/劳厄斑运动的单分子视频测量方法。以微秒为单位的时间划分。该方法是目前世界上最准确、最快的单分子视频测量方法。在这项研究中，我们用金纳米晶体标记了从射线的电器官中获得的 nAChR，该纳米晶体瞄准了 ACh 结合位点的 α 亚基，并以 100 微秒/帧的时间分辨率跟踪其运动。结果发现，两种旋转轴运动（扭转和倾斜）在 ACh 结合时被激活，而这些运动在存在抑制 ACh 与受体结合的毒素时被失活。 DXT 获得的知识基于之前的低温电子束晶体结构分析 (NUnwin 等人，JMB2012)的结果一致。
该研究小组利用乙酰胆碱结合蛋白（AChBP）等受体蛋白的结构分析结果，确定了三维运动测量的测量位点，乙酰胆碱结合蛋白（AChBP）在nAChR的细胞外区域具有相似的氨基酸结构（同源物）。此外，在之前使用 nAChR 管状晶体的分析中讨论过的 α 亚基的旋转运动可以使用 DXT 信息重现。此外，来自DXT的信息包括时间轴信息（100微秒高速单分子追踪），使得能够比之前的报告进行更多的定量动态分析，并进一步推进与理论计算的讨论。此外，他们还发现，先前研究中无法确定的脱敏状态是由α亚基的异常运动引起的。这些结果是基于DXT数据自动分析软件的完成，该软件可以进行大量的数据分析，将大量的3D数据转换为贝叶斯推理。
这种统计信息处理的改进也显示出完全克服DXT最大缺点的可能性，即“除非金纳米晶体被标记，否则无法测量分子的内部动力学。”分子的内部运动与金纳米晶体的尺寸之间的相关性极其简单（一种线性关系，其中测量的运动随着纳米晶体的生长而减慢），通过找到这个关系表达式，可以估计分子内部运动的真实数值。当金纳米晶体没有被标记时。例如，当 ACh 被结合时，α 亚基在未标记状态下每毫秒旋转 06 度，在未结合状态下每毫秒旋转 03 度。人们发现，分子的这种微小的内部运动决定了包括钠离子在内的阳离子是否穿过细胞膜。
此外，为了实现变构药物发现，从而能够创造出无副作用的药物，获得分子内部动力学的信息至关重要，因此人们抱有很大的期望。特别是，由于构成nAChR的所有多种类型的亚基都是药物发现的靶点，我们认为这一结果极其重要。因此，最近利用DXT测量nAChR内部运动的成功是如何利用DXT轻松测量分子内部动力学信息的实例，并有望为无副作用的变构药物发现提供极为重要的基础技术。此外，DXT自动分析软件的开发仍将是重要的DXT开发技术。