抗体は獲得免疫系の中で最も重要な蛋白質の一つであり，様々な研究が行われている。筆者らはこれまでの研究において，抗体の親和性成熟に伴う抗原認識機構変化や，抗原結合による抗体分子の構造変化が起きていることを熱力学的，速度論的手法により明らかにしてきた。この様な構造変化は極めて小さいことが予想されたため，ピコメートルレベルの位置決定精度を持つX線1分子追跡法を用いて抗体の分子内構造揺らぎを時分割計測し，評価を行った。その結果，「揺らぎの大きさの絶対値は，抗体の種類によって大きく異なること」，「いずれの抗体でも，抗原の結合によって揺らぎの大きさが抑制されること」が明らかになった。さらに抗原結合による分子内構造揺らぎの減衰率は，抗原抗体間の結合親和性と極めて良い相関性が認められた。これは，分子内構造揺らぎ変化という1分子レベルの特性から平衡論的特性である結合親和性が求まることを示唆している。この様なオングストロームレベルの分子内構造揺らぎによる新しい結合親和性定量法は，生命科学に大きく貢献すると思われる。
Antibody, which is one of the most important proteins for adaptive immunity, has been well studied. In our previous studies, we showed the changes of antigen recognition mechanisms during antibody evolution and the structure changes of antibody with antigen-binding using thermodynamic and kinetic measurements. Since these structure changes were considered extremely small, we investigated the structural fluctuations of a single antibody molecule in real-time and space using a Diffracted X-ray Tracking method with pm-level accuracy. We found that the structural fluctuations of Fab fragments were various on each antibody clone and were suppressed by antigen-binding. In addition, we clarified that the ratio between the antigen-binding and non-binding conditions in the observed structural fluctuations is extremely relative to the binding-affinity or the Gibbs free energy change. These results indicate that the phenomena of antigen-antibody interactions considered stable states can be defined as the results of dynamical processes at the single-molecule level. Such new quantifications from angstrom-level structural fluctuations can be applied to various biological science and biotechnologies.
Keywords:Single-molecular dynamics; X-ray; Antigen-antibody interaction; Thermodynamics; Structural fluctuation