課題全体
構造解析ユニットの本課題は、構造解析研究基盤を中心とした参画10機関が連携しながらPDBjの構造データベースを活用したコンサルテーションや相関構造解析を含めた構造解析支援を展開している。高難度の膜タンパク質構造解析や創薬に向けた薬剤化合物との高分解能複合体解析等の放射光X線結晶構造解析、超分子複合体等を中心としたクライオ電顕による溶液構造解析に向けた単粒子解析や低中分子の微小結晶からのMicroED、XFEL-SACLAやBio-SAXSによる動的構造解析、タンパク質等の相互作用解析に向けたNMR解析等により、現在まで支援完了を含め一般課題470課題の支援を実施した。また、BINDS-Phase IIから加わった新規構造解析手法（細胞内結晶化・中性子散乱・中性子回折）についても順次解析支援を進めている。また、Fast Track Project課題「過眠症ナルコレプシーをターゲットとした創薬研究」において、ヒスタミンメチルトランスフェラーゼの阻害剤開発から新規医薬品の開発を目標に、薬剤候補化合物との複合体構造に基づいた新規誘導体の評価を進めている。以下に本課題参画10機関の支援と高度化の概要を列記する。
理化学研究所（結晶構造解析・Bio-SAXS・クライオ電顕）
支援：
【放射光ビームライン】
(1) タンパク質結晶回折実験用ビームライン2本(BL26B1、BL32XU)とX線小角散乱用ビームライン１本（BL38B1）を支援に供出した。タンパク結晶ビームラインでは合計369シフト（2,952時間）を供出して合計62件のBINDS支援を行った。BioSAXSは、BL38B1において54シフト（432時間）のビームタイムを使い7件の支援課題を実施した。この内5件の課題は実質的なサポートが完了したため、支援を終了した。
(2) PDBjと連携し、相関構造解析を視野に入れた支援開始前コンサルテーションや支援情報の共有体制を構築した。
(3) 結晶構造解析では、放射光ビームタイム支援に加えて、サンプル評価や構造解析を含めた支援も行い、両者を合わせて56課題の支援を行い、この内6件の支援が終了している。
(4) BL32XUを用いた来所無し自動測定を支援に提供し、延べ49組のユーザーが利用した。また、自動測定で得られる大量のデータを保存するため、SPring-8のタンパク質結晶解析ビームライン共通のストレージを350TB増強するとともに、１年を経過した古いデータは将来の利活用を見据えテープドライブに保存した。
(5) 化合物スクリーニングを含む高難度試料解析支援については、25件の支援を実施した。
【クライオ電顕】
昨年度から継続して放射光ビームライン同様の利便性の高い支援システムの運用を行い、828シフト（6,624時間）のマシンタイムを支援に供出した。また、SPring-8におけるCryoEMの共用と連携したマシンタイムの公開を通してクライオ電顕ネットワークの他施設とのマシンタイムの効率的な運用をはかった。支援に関するワークフローも構築し、2024年度は16件の支援を行い、6件が支援完了した。そのうち1件は論文発表、2件は論文執筆中に至っている。
遠隔測定については、SPring-8共用実験ネットワークのルールに対応したネットワークへの変更を行い、来年度からの提供する準備を完了した。阪大難波研、井上研と連携したEG-gridの利用については、現状、数件について高度化として取り組んでおり、支援として提供するための実施例の蓄積を進めている。
高度化：
【放射光ビームライン】
(1) フィルムサンドイッチプレートで析出した結晶を自動凍結するHACHIシステムの開発と高度化を進めた。プロトタイプの試験を通して改善点を修正した２号機の開発・評価を行ったが自動測定の試験運転まで達成できなかった。
(2) 化合物溶液浸漬法による複合体結晶試料結晶解析の簡便化を目指したマイクロ流路デバイス開発では、流路に親水化処理を施した試作デバイスを作成し、試料注入前の脱気時間が短縮可能であることを確認した。親水化処理の耐久性や結晶捕捉への影響について今後も引続き検討を行う。また、ビームラインでの実験効率の向上を目的として、制御ソフトウェアの高度化を行い複数チャンネル分の試料について半自動的なX線照射位置決定を可能とした。デバイスの設置状態に起因した誤差による位置ずれについて今後の対策が必要である。また、Fast Track Projectの化合物複合体構造解析の支援にこの技術を適用した。
(3) 実験データベースの開発では、自動測定の条件入力および結果の閲覧を行う機能について外部公開し、利用者によるコミッショニングを開始した。
(4) 自動データ収集システムZOOについて、分担機関（JASRI）と連携して高度化を進め、自動パック交換ロボットを利用した連続自動測定機能の改良を進めた。また実験データベースとの連携によるサイト外からの遠隔利用支援のためのAPI開発と試験を行った。
(5) BL38B1では、2023年度に光学ミラーをSAXS測定に最適化し、従来の1.5倍程度の入射X線光量をサンプルに照射させることが可能となったが、SEC-SAXS用の溶液セルの汚染が深刻になることが想定された。また、従来、フローセルとして平板セルを用いていたが、破損しやすく汚染後の洗浄が困難であるなどの問題があった。そこで、2024年度はキャピラリセルを導入し本格運用をスタートした。キャピラリーセルでは、酸、アルカリ、界面活性剤等の洗浄が行えること、また耐圧性が向上するために安定した運用が見込まれる。
【クライオ電顕】
大型計算機富嶽上でのビッグデータ解析に向けて、RELION4での解析を始めている。RELION5についても現在、稼働に向けて検討を行っている。また、構造多形解析については、RELION4、CryoSPARC、MDSPACEでの解析を進めており、今後は、データを増やしての解析を行う予定である。
高輝度光科学研究センター（結晶構造解析・時分割構造解析・クライオ電顕）
支援：
SPring-8キャンパスにある共用構造生物学研究設備を用いて以下の支援を行った。
(1) 結晶構造解析ではBL41XUとBL45XUのビームタイムを合計75シフト（600時間）を確保し、延べ30課題の回折実験支援と高度化に利用した。
(2) 独自技術を用いた結晶構造解析支援として、SACLAでの時分割構造解析に使用する微小結晶の評価をプレート回折法を用いて行った。
(3) 放射光ビームタイム支援に加えて、結晶化や構造解析を含めた包括的な支援も実施し、両者を合わせて計28課題の支援を行い、この内9課題の支援を完了した。
(4) 東北大と連携しSACLAの時分割実験を1件、理研と連携しBioSAXS支援を７件実施した。
(5) クライオ電顕については2台の共用クライオ電顕EM01CT(CRYO ARM 300)、EM02CT(CRYO ARM 200)のマシンタイム計180シフト（1,440時間）を確保し、延べ17課題の支援を行い、4件の支援を終了した。
(6) 昨年度に引き続き、理研・阪大・JASRIで運用されている結晶解析ビームライン、BioSAXSビームライン、クライオ電顕のユーザー受け入れ窓口業務を実施した。
高度化：
(1) プレート回折法の自動化では、オフライン観察系のソフトウェア整備を行った。また、それを用いて決めた結晶位置座標をもとにビームラインの回折計上で高精度で光軸上に位置合わする技術を開発し、標準試料を用いたテスト的な自動測定を実施した。
(2) 時分割測定では、東北大学と連携し、放射光ビームラインにおいてSACLAで実績のある高粘度媒体インジェクターを用いた時分割構造解析環境の整備を進めた。励起レーザーを照射するための光学系やレーザー照射と検出器読み取りを同期するためのタイミング制御系を構築し、光受容タンパク質をターゲットとした試験的な時分割データ測定を行った。
(3) クライオ電顕については、SerialEMにおけるGUIの開発を進め、データベースへのメタデータの保管と読み出しを組み込んだ。
東北大学・多元物質科学研究所（時分割構造解析）
支援：
理研、JASRIと共同でSACLAにおける光励起法もしくは二液混合法（開発中）を用いた時分割構造解析の立案から回折データ収集、データ解析までの包括的な支援を実施している。特に実験最初のデータ収集と時分割データ解析支援を重点的に行い、合計8件の課題支援を順調に進めている。特に光励起法を用いた実験では順調にデータ取得が進んでおり、複数の課題で論文化に進んでいる。
高度化：
二液混合実験のためのベルトコンベア試料搬送装置の改善を行い、一回の試料吐出当たり数nLまで試料消費量を削減することに成功した。温度ジャンプ法の応用として、試料側の温度制御装置開発を行い、装置性能を実証した。また、NanoTerasuに設置する新しいタンパク質結晶構造解析実験ステーション（MX-ES）について理研・KEKと連携してビームライン光学系、実験ハッチ、測定装置ならびに制御機器に関して仕様検討と実機製作を進め、NanoTerasuでのMX-ESの建設を行なった。
高エネルギー加速器研究機構　物質構造科学研究所（結晶構造解析・Bio-SAXS・クライオ電顕）
支援:
構造生物学を専門としない研究者を中心にコンサルティングと支援を行った。34件の支援を新たに開始し、事業開始より合計161件を支援コンサルティングを行なった。結果はハイインパクトなJournal（Natureグループ姉妹誌に2報, Scienceグループ姉妹誌に1報をはじめ、計19報の論文として発表した。その中には、β-NADとS-アデノシルメチオニンを基質として利用しC-C結合を形成する新規酵素SbzPの反応機構の解明(Nat. Catalysis, 2024)や、新規化合物(V-161)がバンコマイシン耐性腸球菌(VRE)のNa⁺-輸送型V-ATPaseを阻害する構造機序解明した成果(Nat.Mol.Str.Biol, 2024),創薬上重要なhERGの高分解能クライオ電顕構造(Structure, 2024)などがある。またPFの結晶構造解析および溶液散乱ビームラインではビームタイムを93日確保し、測定支援・講習や高度化に使用した。クライオ電顕は、200kV電顕は支援用に151日マシンタイムを確保し、アカデミアに90日、企業に13日、高度化に48日使用した。共同利用のためにKEK予算で導入された300kV電顕もBINDS支援に供与し、支援用に209日マシンタイムを確保し、アカデミアに83日、企業に75日、高度化に51日に使用した。
高度化:
KEKではX線結晶構造解析では、新X線検出器に導入に合わせ硬X線用大型ミラーの母材を製造し、さらに結晶加工機のビームラインへの移設、サンプルチェンジャーの設置を行った。【SAXS】当初計画はR5に完了している、さらなるBLの整備としてBL15A2のファイルサーバーを更新した。また解析ソフトウェアSAnglerをDECTRIS社のEIGER/EIGER2検出器に対応したバージョン3.0.1βに更新し、これを公開した。【クライオ電顕】SBDD用単粒子解析ワークフローの完全自動化の一環として、パデュー大学の木原研究室との共同で機械学習を用いた三次元クラスの自動選別アルゴリズムを開発し、AWS上で行った解析結果を用いる機械学習プラットフォームの整備の検証段階が完了した。さらにサンプル凍結を瞬時に行う小型凍結装置の開発を進め実証実験を行った。
筑波大学（クライオ電顕）
支援：
CRYO ARM 300IIにおいては、主として単粒子解析支援を行っており、支援用として121日分のマシンタイムを確保し、アカデミア向けに計30日、企業向けには計56日を提供した。BINDS支援件数の内訳は、単粒子解析支援が9件、通常観察支援が2件、計11件である。また、企業支援としては、2社に対し支援を実施した。民間企業支援では、令和6年度は支援用マシンタイムの46%を達成している。単粒子解析および通常観察による成果については、それぞれ1報ずつ、現在、国際学術誌への投稿を準備中である。
さらに、クライオ電子顕微鏡による解析が困難とされる小型タンパク質に関する相談に対しては、X線結晶構造解析を適用し、2課題において結晶化、構造解析、モデリングのすべてに成功した。これらの研究に従事した大学院生2名は、それぞれ修士号を取得しており、また、本研究成果に基づく論文3報についても現在、国際誌への投稿準備を進めている。
CRYOARM200を使用した支援では主にmicroEDを実施し、2024年度はアカデミア23グループに合計167日、企業4社に合計6日のマシンタイムを提供し、68種類の初期構造を得た。microEDのBINDS支援数は4件となっている。この他2024年度はmicroEDのハンズオン測定講習会を7回、解析講習会を2回開催した。支援成果については国際誌に1報を投稿中。
高度化：
計画に従い、KEKの運営システムを参考としてリモート運用システムの導入を実施した。
CRYO ARM 300IIを用いたクライオ電顕観察においては、従来、1ホールあたり1ショットの撮影条件から、今回新たに1ホールあたり2ショットの撮影条件を導入したことで、1日あたりの撮影枚数が大幅に増加した。さらに、大阪大学難波グループの牧野博士の協力を得て機械学習を利用した粒子像の抽出システムWarpを導入し、オンザフライでの画像処理（on-the-fly processing）が可能となった。
また、現段階では取得データをHDDに保存し物理的に郵送する運用であるため、来年度、新研究室の設置に伴い実施される大規模なネットワークおよび計算機室の改修工事の完了後、ネットワークを活用したデータ転送システムの構築に向けた本格的な検討を開始する予定である。
CRYO ARM 200を用いたmicroED実験の支援では、KEK千田グループ、阪大難波グループ・栗栖グループ、東大吉川グループとの緊密な連携のもと、SerialEMによる自動測定環境を構築した。これにより、1夜間で200〜300個の結晶から回折データを自動的に収集できる体制を確立、順調に稼働している。筑波大学で確立したこの自動測定システムは、阪大難波グループと連携し、2025年1月にはSPring-8共用クライオ電子顕微鏡（CRYO ARM 200）にも導入された。
さらに、KEK千田グループ（現・東北大学 山田悠介博士）の協力を得て、DIALSによる自動データ処理システムを立ち上げた。これに加え、測定データの統合（merge）を行うスクリプトを整備することで、ユーザーが初期構造を取得するまでの技術的障壁を大幅に低減することに成功した。また、阪大蛋白質研究所に設置されたクライオ電顕用GPUクラスターのサーバーに、筑波大学で測定したmicroEDデータを転送し、阪大栗栖グループ（中根崇智博士）の支援を受けることにより、高難度サンプルの解析にも対応可能な体制を整備した。
名古屋大学（細胞内結晶化）
支援：
2024年度は、これまでに整備した細胞内結晶観察用顕微鏡に搭載可能なモーター駆動Z軸を導入し、細胞内結晶の画像処理精度向上を検討し、顕微鏡装置の最適化と観察の自動化を進めた。また、結晶を含む細胞を凍結保存し、シリアル測定によるX線構造解析にも取り組んでいる。今後、細胞内結晶のみを効率よく分取し、安定的に凍結する条件の検討を進めており、効率的かつ安定した細胞内結晶のX線回折強度測定法の確立を図っている。
高度化：
細胞内結晶の観察、細胞分取およびX線回折測定を目指したマイクロ流路デバイス開発の高度化について、導入された微量ポンプなどの装置の統合とデバイス設計を継続している。また、発現系タンパク質や人工デザインタンパク質を実験系のモデルケースや細胞内結晶の初期構造データとして、これらを高度化の指針としながら進めた。現在、顕微鏡システムのみならず名古屋大学のビームラインなど既存設備を最大限に活用し、支援プロジェクトを確実に遂行できる高度化を目指して取り組んでいる。
大阪大学・蛋白質研究所（クライオ電顕・NMR・結晶構造解析・PDBj）
BINDS phase-Iに続き、クライオ電顕、NMR、X線結晶構造解析によるタンパク質の構造解析支援を行っており、Phase-IIではクライオ電子顕微鏡によるトモグラフィー及びMicroEDによる支援にも展開した。
支援：
NMRに関する支援では19F化合物ライブラリを用いた化合物スクリーニングから、ヒット化合物に対する検証実験を含めた支援を進めた。また、核酸を標的とする低分子化合物の開発支援も進めた。その他、化粧品分子の複合体構造解析、相分離タンパク質やPET分解酵素等の構造―動態解析を含め9件の支援を受け入れた。各支援において、結晶構造解析、クライオ電顕、MicroED解析との連携を進めた。 クライオ電顕支援では、単粒子解析、トモグラフィー、MicroEDを展開し、初めてトモグラフィー及び光-電子相関顕微鏡による支援で論文化に成功した。X線結晶構造解析については、蛋白研ビームライン（SPring-8 BL44XU）のユーザータイムの10.3%にあたる456時間を供出し、5件のBINDS支援を進めた。
高度化：
NMRでは標的分子特異的に高感度化するスピン超偏極(DNP)法を高度化した。また、部位特異的軽水素標識法を拡張し、タンパク質と化合物間の水素結合を直接観測する手法や、高分子量タンパク質の立体構造解析法を確立し、論文に発表した。相分離タンパク質についても新規安定同位体標識法を摘要し、液滴形成過程におけるタンパク質の動態解析法の開発を推進した。クライオ電顕ではFIB-SEMによる薄膜試料作成の高度化を実施し、窒素ガスのライン配管によって長時間の自動切削が可能となり、オーバーナイトで40箇所の切削が可能となった。蛋白研ビームライン（SPring-8 BL44XU）においてタンパク質分子中の複数の同一原子種の金属の詳細な電子状態を解析する手法の開発を進めた。
横浜市立大学（NMR）
支援：
NMR技術を活用した幅広い研究支援活動を行った。特に、ヘテロクロマチンタンパク質HP1αが関わる液-液相分離（LLPS）のメカニズム解明に貢献した。HP1αの特定領域、具体的にはリン酸化されたN末端テイルとクロモドメイン末端の塩基性領域が相互作用して形成する動的二量体が、LLPS過程における重要な中間体として機能することを明らかにした。また、HP1αと染色体分配に必須なAuroraB複合体（CPC）の構成因子INCENPとの結合についても解析を進めた。HP1αのクロモシャドードメインとINCENPが形成する特異的な複合体構造をNMRにより決定し、これが分裂期のAuroraB活性および正確な染色体分配の維持に不可欠であることを突き止めた。超好熱性古細菌由来Hefタンパク質の天然変性領域についても解析を支援し、生理的高温（90℃）条件下での構造コンパクト化とダイナミクス変化という特徴を明らかにした。これらの成果を論文発表した。加えて、BINDS支援機器を利用した実習形式のNMR講習会を開催した。
高度化：
NMR解析技術およびNMR用試料調製技術の高度化にも力を入れた。解析技術においては、WaterLOGSY法をベースとした新しいNMRパルスプログラムを設計・開発した。この手法を用いることで、リガンド結合部位周辺からの水分子排除や秩序化の様子を観察できるようになった。3種類のRNAポリメラーゼと基本転写・修復因子TFIIHに関して分裂酵母を用いた解析で溶液NMRにより複合体構造を決定した。設計・実装した新規パルスプログラムは、実際のタンパク質-リガンド複合体解析に適用し、良好な成果を上げており、当初の目標は達成された。試料調製技術の高度化としては、分子の特定のドメイン、アミノ酸、あるいは原子のみを安定同位体で標識する手法の開発に取り組んでいる。特にドメイン標識の場合、複数のドメインを連結するライゲーション技術を組み合わせることで、より大きな分子系のNMR解析を目指している。メチル基選択的¹H/¹³C標識技術も安定して実施できるようになり、複数のタンパク質について十分な量の標識試料を調製できるようになった。今後は¹Hコンタミネーションを抑えた高効率重水素化法の開発も計画している。さらに、環状ペプチドのような特殊な分子に対しても、[¹⁵N, ¹³C₂]-グリシンを合成して分子内に組み込む部位特異的標識法の開発を進めている。この標識試料により、分子内の二面角や水素結合などの詳細な立体構造情報の取得が可能となる。従来、大腸菌での発現が困難だったヘム含有タンパク質についても、嫌気性Shewanella菌を利用することで効率的な発現に成功した。加えて、均一¹³C標識が可能な変異体も作成し、解析の幅を広げた。
京都大学（中性子溶液散乱）
支援：
中性子散乱（SANS・QENS）による溶液構造・ダイナミクス測定を中心に、SAXSや分析用超遠心機（AUC）などの補助的手法による物性評価、試料の重水素化、大量試料調製支援を行なった。今年度は、以下の支援を実施した。
・ NMR測定用の多重同位体標識試料の調製支援を新たに開始した。
・ 天然変性タンパク質の温度依存構造・ダイナミクス解析において、SANSおよびQENSに加え、横浜市立大学との共同研究により高分解能NMR測定を実施。その結果、Polyproline type II helixの崩壊が温度変化に伴う構造変化に関与することを明らかにし、論文発表に至った。
・ [¹⁵N/²H]標識タンパク質の大量調製およびリフォールディングによる重水素化試料の作製に成功した。
・ SAXSおよびAUCによる溶液物性解析を11件実施（うち1件は創薬ベンチャーからの依頼）し、中性子散乱測定支援への展開に貢献した。
これらの支援成果は、タンパク質包接錯体および水晶体タンパク質に関する論文として発表された。
高度化：
・ JRR-3のSANS-Uビームラインに、中強度中性子束での測定に適したSEC-SANSシステムを独自に開発・設置（中強度中性子束の原子炉施設としては初）。これにより、日本国内においても多成分系を対象とした生体高分子の溶液構造解析が可能となった。本システムを用いた支援業務もすでに開始している。
・ 重水素化試料の大量発現条件検討を支援するロボットシステムの開発も継続中であり、中性子実験の前処理効率化を目指している。
量子科学技術研究開発機構（中性子回折）
支援：
研究用原子炉JRR-3に量子科学技術研究開発機構が設置した生体高分子用中性子回折計2台(BIX-3,4)、大強度陽子加速器施設J-PARCの茨城県中性子ビームライン1本(iBIX)を用いて、BINDS課題研究者に対するビームタイム利用・解析支援を実施している。ビームタイム利用については、BIX-3,4は計129日、iBIXは10日を供出して、合計3件のBINDS支援を進めている。解析支援については、収集した中性子回折データ処理を実施するとともに、精密化の指導及び支援も実施した。結晶化支援については温度応答性ポリマーおよび嫌気環境の利用により良質な大型結晶作製を計4件実施し、一部について上述のデータ収集につなげた。また、前年度までに回折データ収集・解析、および大型結晶化を達成した4件については支援を完了した。
高度化：
嫌気環境や温度応答性ポリマーを利用した結晶化技術開発を継続することで良質大型結晶作製を可能とし、支援につなげた。また、完全重水素化試料を用いて作製した0.24mm³（通常中性子回折データ収集に使う結晶の約1/5のサイズ）の結晶から2.1Å分解能での中性子回折データ収集に成功し、解析も終了した。既年度に取得した0.9Å分解能での中性子回折データの構造精密化は中性子単独で完了し、得られた精密な原子核位置情報を精密化プログラムに実装する検討を開始した。
Fast Trackプロジェクト
代表課題：
理化学研究所
【過眠症ナルコレプシーをターゲットとした創薬研究】
理化学研究所が代表機関として「構造解析基盤モダリティー創薬による脳・精神疾患の克服」として東北大（モダリティ探索ユニット）、筑波大（インシリコ解析ユニット）、大阪大（連携・融合ユニット）と連携し、ナルコレプシーに対する創薬標的であるヒスタミンN-メチルトランスフェラーゼの阻害剤開発の支援研究を進めている。
分担課題：
理化学研究所
【初期肺腺癌治療薬の開発に向けたユニット連携によるSBDDプラットフォームの構築】
東京大（ヒット化合物創出ユニット）を代表機関として、東京大（連携・融合ユニット）、筑波大（インシリコ解析ユニット）と連携してSBDDプラットフォームの構築を実施している。標的タンパク質Stratifinとリガンドの共結晶化法およびソーキング法による結晶構造解析基盤を確立した。本年度はJ-PUBLIC化合物2種を迅速に解析したが、化合物電子密度に課題が残るため解析方法を改良し精度向上を目指す。
JASRI
【クリミア・コンゴ出血熱ウイルスをモデルとした一種病原体ウイルス感染症に対するPROTAC開発プラットフォームの構築】
愛媛大（構造解析ユニット）を代表機関とし、産総研（インシリコ解析ユニット）と連携してPROTAC開発プラットフォームの構築を目指している。愛媛大が調製したCCHFV-OTUの結晶化に成功し、3.7 Åの回折データを得た。選抜されたバインダー候補化合物との複合体結晶構造解析に向け、結晶化条件の最適化を進めている。
筑波大学
【創薬化学および生命化学のための支援と高度化】
筑波大（薬効・安全性評価ユニット）を代表機関とし、筑波大（インシリコ解析ユニット）、大阪大（連携・融合ユニット）と連携して滑膜肉腫に対する創薬を目的としている。筑波大が患者に見られるタイプのタンパク質の構造解析を行った。HTSヒット化合物から患者由来細胞において効果を認める化合物を得ることに成功している。