理化学研究所（理研），台湾中央研究院，台湾大学，独フィリップ大学，大阪大学，東北大学 ，京都大学は，X線自由電子レーザー（XFEL）施設「SACLA」と「SwissFEL」を用いた時分割結晶構造解析によって，紫外線によって損傷したDNAを修復する光回復酵素の動的構造を解明した（ニュースリリース）。

紫外線がDNAに当たると，ピリミジン塩基（シトシンまたはチミン）が連続した箇所でピリミジン二量体という構造ができることがある。なかでもシクロブタン型ピリミジン二量体（CPD）は，細胞内で紫外線によって発生する代表的な損傷DNA。

このような損傷が生じると，DNA複製や転写の妨げとなり，細胞死や突然変異，がん化など，細胞にさまざまな弊害をもたらす。

DNA光回復酵素は，紫外線曝露により生じるCPDを修復する。この酵素は，反応に青色の光を必要とする。まず，酵素の反応中心にあるフラビン補酵素（FAD）がフォトン（光子）を捉えると，近傍のアミノ酸残基から電子を受け取って酸化型（FADox）から還元型（FADH-）に変化し，酵素によるDNA修復の準備が完了する。

この反応は，光還元反応と呼ばれている。DNAはCPD部位で二重らせん構造が変形しており，DNA光回復酵素がそれを見つけてCPDを活性中心に収納する。この状態で酵素のFADH-が新たなフォトンを捉えて，電子をCPDに転移することでDNAが修復される。

このような反応経路は明らかになっていたものの，損傷DNAが修復される最中のDNAおよびタンパク質の立体構造は分かっていなかった

研究グループは，還元状態の古細菌のDNA光回復酵素のタンパク質を，CPDを持つDNAと暗所嫌気下で混ぜて結晶化し，反応直前の酵素―DNA複合体の結晶を準備した。この結晶に反応のトリガーとなる青色光を当て，ピコ秒からサブミリ秒の時間差でSACLAまたはSwissFELのビームラインからX線自由電子レーザーを照射し，回折光を検出した。

回折光から得られる数万のイメージデータから，タンパク質と修復DNAの立体構造を決定し，反応開始後の時間が異なるスナップショットを集めた。

その結果，光回復酵素により，DNA光回復酵素が損傷DNAを修復する際の全ての原子メカニズムを，リアルタイムで解明した。

研究グループは，疾患の原因にもなるDNA損傷の修復過程に関する理解を深め，立体構造に基づくより合理的な人工酵素や薬剤の設計に寄与する成果だとしている。