

의학/신약 발견
최첨단 과학 장비는 의학 및 신약 개발 연구 기술에 필수적입니다. JEOL은 전자 현미경, 핵자기공명 분광기, 질량 분석기 등의 기술을 연계하여 의학 및 신약 개발을 위한 구조 분석 솔루션을 제공합니다. 이 페이지에서는 최첨단 극저온 전자 현미경을 활용한 결정학 워크플로우부터 단일 입자 구조 분석까지 다양한 분석 방법과 응용 사례를 소개합니다.
Cryo-TEM을 이용한 구조 분석
극저온 전자현미경은 단백질과 같은 전자빔에 민감한 표본을 관찰하는 데 특화되어 있습니다.
이는 단일 입자 구조 분석, 단층촬영, 전자 결정학과 같은 방법에 적용 가능합니다.
그로엘

- 1.98개의 미세 사진만으로 504 Å 분해능의 GroEL 구조 달성
- 이전 연구에서는 3.1개의 현미경 사진에서 1,833Å 분해능의 GroEL 구조가 얻어졌습니다.(26년 2020월 XNUMX일 EMDB 기준)
자료:오사카대 후지타 준소 박사 제공
헤모글로빈

고속 데이터 수집(시간당 3개 현미경 사진)을 통해 얻은 인간 헤모글로빈의 저온 전자 현미경 사진(왼쪽), 850D 밀도 맵(가운데), 적합 원자 모델(오른쪽).

자료:오사카대 미키 키노시타 박사 제공
엑소좀

- 구멍이 없는 위상판을 사용한 분리된 외소포의 극저온 전자 단층촬영.
- 3D 재구성 이미지(단층촬영)는 60° 간격으로 -60°에서 +2°까지 기울어진 현미경 사진에서 얻었습니다.
샘플: 도쿄대학교와 국립암센터 연구소의 나오미 토미나가 박사 제공.
Innexin-6 갭 접합 채널

- 샘플: Innexin-6(Caenorhabditis elegans)
- 현미경: Gatan K300가 장착된 CRYO ARM™ 300(2 kV CFEG)
- 이미지 수집에 사용된 소프트웨어: JADAS(1974 이미지)
- 입자 수: 91,613개(초기 수집), 37,767개(3D 재구성용)
- 이미지 분석에 사용된 소프트웨어: Relion3
- 분해능: 3.0Å(FSC = 0.143에서)
A. 오시마 교수(나고야 대학) 제공 샘플
아포페리틴
cryoEM이 달성한 최고 분해능 1.53Å 2019.02

- 광학 특징: 300 eV 슬릿 폭을 갖는 Cold FEG 20 kV & Ω형 에너지 필터
- 검출기: Gatan K2(이미지 픽셀 크기: 0.495 Å, 배율 x 100,000)
- 그리드: Quantifoil 1.2/1.3 Cu 200 메시, 데이터 수집 전 3일 동안 자동 로더에 보관
- 현미경 사진 수: 974시간 동안 수집된 24개, 이미지 분석에 사용된 840개
- 입자 수: 최종 재구성에 사용된 120,295개
- 소프트웨어: RELION 3.1b, CTFFIND4
- 분해능: 1.53 Å(B 계수: 47)
- 참고: 처음 56개 이미지만으로 1.76 Å 해상도의 지도가 생성되었습니다(B-인자: 45)
Yanagisawa, Danev & Kikkawa @Tokyo University Kato, Makino, Nakane, Terahara, Kaneko, Shimizu, Motoki, Ishikawa, Yonekura & Namba의 마우스 아포페리틴 플라스미드 2019.02(EMDB-9865)
B-갈락토시다제
β-갈락토시다제 2.43 Å 분해능 CRYO ARM™
3 kV 가속 전압에서 크라이오 전자 현미경(CRYO ARM™ 200)을 사용하여 촬영한 ß-갈락토시다제의 200D 이미지입니다.
이 그림은 오사카 대학 대학원 프런티어 생명과학연구과의 남바 케이이치 특별교수와 카토 타카유키 조교수가 이끄는 연구팀이 쇼트키형 FEG를 장착한 크라이오-EM, CRYOARM™을 가속 전압 200kV로 사용하여 밝힌 β-갈락토시다제의 구조를 보여줍니다.
이 데이터는 Fourie Shell 상관관계 방법(그래프)으로 검증되었으며, 그 결과 2.43D 재구성 이미지에서 3 Å의 뛰어난 분해능이 얻어졌습니다.

- 샘플: PETG를 첨가한 β-갈락토시다제
- 현미경: CRYO ARM™ (Schottky 200 kV) / K2 Summit
- 그리드: Quantifoil 1.2/1.3 Cu 200 메시, 데이터 수집 전 3일 동안 자동 로더에 보관
- 이미지 수: JADAS에서 2,500일간 3개
- 이미지 픽셀 크기: 0.8 Å/픽셀
- 입자 이미지 수: 350,000개(초기 수집), 88,564개(최종 3D 재구성용)
- 소프트웨어: Motioncor2, Gctf, Gautomatch, Relion2.0
- 총 선량: 70 e-/Å2 (70 프레임(0.2초/프레임 x 14초)
데이터: 2017년 XNUMX월, 오사카 대학 T. Kato 박사와 K. Namba 박사 제공

JEM-3300 CRYO ARM™ 300 II 전계 방출 극저온 전자 현미경
JEM-3300 "CRYO ARM™ 300 II"는 단백질과 같은 전자빔에 민감한 시료의 관찰에 특화된 저온 전자 현미경으로, 단일 입자 분석, 단층 촬영, MicroED 분석 등에 적합합니다. 이 시스템은 이전 세대의 저온 전자 현미경(Cryo-EM)에 비해 향상된 안정성, 처리량, 그리고 사용 편의성을 제공합니다. 또한, 스크리닝부터 데이터 수집까지 모든 것을 처리할 수 있는 올인원 시스템으로, 고객 현장의 필요에 맞춰 운영의 유연성을 높여줍니다. 이러한 개선을 통해 전자 현미경을 처음 사용하는 사용자도 간단한 조작으로 고품질 이미지를 얻을 수 있습니다.
유기화합물 분석 워크플로 소개
XtaLAB Synergy-ED를 이용한 전자 회절 구조 분석의 특성
전자 회절 구조 분석은 분자의 3차원 구조를 결정하는 방법 중 하나입니다. 일반적인 단결정 X선 구조 분석에 필요한 결정화 과정 없이도 복잡한 분자 내 모든 원자의 3차원 배열을 명확하게 결정할 수 있습니다.

MS 및 NMR 분석 결과를 기반으로 한 구조 정밀화

전자 회절 구조 분석은 전자 밀도 분포를 기반으로 수행됩니다. 원자번호가 유사한 원소로 구성된 분자의 경우, 각 원소의 차이와 수소 원자 수를 추정하기 어려울 수 있습니다. 전자 회절 분석을 통해 도출된 초기 구조는 MS와 NMR에서 얻은 화학 구조 정보를 사용하여 정밀하게 분석할 수 있습니다.
유기화합물 분석 워크플로

XtaLAB Synergy-ED는 시험 시약과 같은 분말 시료를 원상태 그대로 전자 회절 구조 분석을 수행할 수 있습니다. 또한, JEOL의 질량 분석기(MS) 및 핵자기공명 분석기(NMR)와 결합하여 서브마이크론 결정의 정밀한 화학 구조 분석을 수행할 수 있습니다.
알칼로이드 유기화합물의 분석 예

① 상단: JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0을 이용한 린코필린의 정확한 질량 분석
① 하단: JNM-ECZL 2R을 이용하여 Rhynchophylline의 HSQC 및 H500BC NMR 스펙트럼을 편집한 결과입니다.

① JNM-ECZL 2R을 이용하여 신코니딘의 HSQC 및 H500BC NMR 스펙트럼을 편집함
② JNM-ECZL 2R로 편집한 신코니딘의 H500BC NMR 스펙트럼을 통해 두 개의 결합으로 분리된 채널 간의 연결 확인
③ XtaLAB Synergy-ED를 이용한 신코니딘 미립자의 전자회절 구조 분석 결과
게피티닙의 미세결정 구조 분석
결정 구조의 결정
XtaLAB Synergy-ED와 JEOL의 질량 분석기 및 핵자기 공명 장비를 사용한 정확한 구조 분석을 통해 더욱 정확한 결정 구조를 결정할 수 있습니다.


JSM-IT200 7kV × 1,000 XNUMX차 전자상

게피티닙 : C22H24N4O3FCl
결정 구조 분석 워크플로

XtaLAB Synergy-ED를 이용한 미세결정 구조 분석
게피티닙의 결정구조는 미세결정 상태에서 분석이 가능합니다.
샘플로부터 두 개의 추정 구조가 얻어졌습니다.


고체 JNM-ECZL600 NMR을 이용한 NMR 결정 구조 분석
추정된 구조를 초기 구조로 하여 DFT 계산을 수행하고 이를 고체 NMR과 비교하여 결정 구조를 분석할 수 있다. 13C 화학적 이동. 여기서는 추정된 구조 A의 가능성을 보여주었습니다.


JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0 및 용액 NMR을 이용한 분자 구조 분석
질량 분석법과 용액 NMR을 이용한 분자 구조 분석 결과는 추정된 구조 A와 일치했습니다.


XtaLAB Synergy-ED 전자 회절계
XtaLAB Synergy-ED는 전자빔을 사용하여 데이터 수집부터 3차원 분자 구조의 구조 결정까지 완벽한 워크플로우를 구축하는 완전히 통합된 새로운 전자 회절 분석기입니다. XtaLAB Synergy-ED는 Rigaku의 고속 고감도 검출기(HyPix-ED)와 단결정 분석 소프트웨어(CrysAlisPro for ED)와 JEOL의 투과 전자 현미경 기술 간의 시너지 효과를 창출하는 핵심 기술을 결합한 결과물입니다. XtaLAB Synergy-ED는 샘플(나노결정) 선택부터 데이터 수집 및 구조 분석까지 완벽한 워크플로우를 구축하여, 일반적으로 필요한 전자 현미경 및 결정학 전문 지식이 없는 비전문가도 전자 회절을 쉽게 활용할 수 있도록 지원합니다.

JNM-ECZL(ECZ Luminous™) 시리즈 FT NMR 시스템
JNM-ECZL 시리즈(ECZ Luminous™)는 최첨단 디지털 및 고주파 기술을 탑재한 FT NMR 시스템입니다. 고속, 고정밀 디지털 고주파 제어 회로인 고집적 스마트 트랜시버 시스템은 분광기의 소형화를 더욱 가속화하고 안정성을 보장합니다. 새로운 다중 주파수 구동 시스템은 표준 구성에서 다중 공진 측정을 가능하게 하여 더욱 광범위한 솔루션을 제공합니다.

JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0 초고질량 분해능 MALDI-TOFMS 시스템
JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 3.0은 혁신적인 SpiralTOF 이온 광학 기술을 사용하여 고해상도 시스템의 질량 범위를 확장한 MALDI-TOFMS*입니다. JMS-S3000은 MALDI-TOFMS 성능의 새로운 기준을 제시하며, 기능성 합성 고분자, 재료 과학, 생체 분자 등 다양한 연구 분야에 최첨단 분석 솔루션을 제공합니다.
* 매트릭스 지원 레이저 탈착/이온화 비행시간형 질량 분석기

JMS-T2000GC AccuTOF™ GC-Alpha 고성능 가스크로마토그래프 - 비행시간형 질량 분석기
JMS-T2000GC AccuTOF™ GC-Alpha는 높은 질량 분해능, 높은 질량 정확도, 고감도, 고속 데이터 수집, 넓은 동적 범위, 그리고 넓은 질량 범위를 동시에 구현하는 고성능 GC-MS 시스템입니다. EI/FI/FD 조합 이온 소스와 EI/PI 조합 이온 소스의 두 가지 유형의 다중 이온화 조합 이온 소스를 사용할 수 있습니다. 소프트 이온화 방법은 EI로는 분자 이온을 생성할 수 없는 미지 화합물에서 분자 이온을 생성하여 원소 조성을 규명하는 데 도움을 줍니다. 본 시스템에는 다중 이온화 조합 이온 소스에서 측정된 데이터의 통합 구조 분석을 위한 자동 구조 분석 소프트웨어 "msFineAnalysis AI"가 함께 제공되어, 질량 스펙트럼 라이브러리 데이터베이스에만 의존하지 않고 빠른 자동 구조 분석을 제공합니다.
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