氷と細胞に結合する天然多機能性タンパク質の分子メカニズム解明

阐明与冰和细胞结合的天然多功能蛋白的分子机制

基本信息

批准号：
22K15071
负责人：
新井達也
金额：
$ 3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

氷結晶結合タンパク質(IBP)は0℃以下で氷に結合して発揮する不凍機能と、0℃以上で細胞に結合して発揮する細胞保護機能の2つの機能を有する。しかし、これらの2つの機能にどのような関連性があるのか、分子レベルの詳細な研究は行われていない。本研究では、複数のIBPを用いて細胞保護機能を網羅的に測定し、詳細な分子メカニズムの解明に挑むことを目的とした。これまでに、IBPの非凍結細胞保護機能が様々な細胞に対して報告されてきたが、それを不凍機能と関連付けるような報告はなかった。そこで本研究ではまず、魚や昆虫や微生物由来の様々な種類のIBPの細胞保護機能を調べた。その結果、ほぼ全てのIBPが細胞保護機能を発揮することが明らかになった。さらに氷結晶結合部位に1アミノ酸変位を導入した変異体を複数作製し、それらの細胞保護機能を測定する実験を行った。その結果、不凍機能と同様に、1アミノ酸の変異によって、細胞保護機能を大きく変化させることが可能であることが分かってきた。これらの結果は、氷結晶結合部位が細胞保護機能に何らかの寄与をしていることを意味する。さらに、この結果は強力な細胞保護機能を有するIBP変異体の創造が可能であることも示唆している。また、本研究の一環として、北極菌類由来のIBPの不凍機能解析も行い、論文として報告した(T. ARAI, et al. Scientific Reports, 2022, 12.1: 15443.)。本論文では、北極菌類IBPの不凍機能の強さとターゲットとなる氷結晶面の関係について詳細に調べた。これらの結果は、IBPのターゲット氷結晶面への選択性と、細胞吸着の相関を調べる上で非常に重要な示唆を与えると考えられる。

冰晶结合蛋白 (IBP) 具有两种功能：在低于 0°C 的温度下与冰结合的防冻功能，以及在高于 0°C 的温度下与细胞结合的细胞保护功能。然而，尚未进行分子水平的详细研究来确定这两个功能之间的关系。在本研究中，我们旨在利用多种IBP全面测量细胞保护功能，并试图阐明详细的分子机制。迄今为止，IBP对多种细胞的非冷冻细胞保护功能已有报道，但尚未见将其与抗冷冻功能联系起来的报道。因此，在本研究中，我们首先研究了来自鱼类、昆虫和微生物的各类 IBP 的细胞保护功能。结果表明，几乎所有 IBP 都发挥细胞保护功能。此外，我们创建了多个在冰晶结合位点具有单个氨基酸变化的突变体，并进行了实验来测量它们的细胞保护功能。结果发现，与抗冻功能类似，通过单个氨基酸的突变可以显着改变细胞保护功能。这些结果表明冰晶结合位点对细胞保护功能有一定贡献。此外，这一结果还表明，有可能产生具有强细胞保护功能的IBP突变体。作为这项研究的一部分，我们还分析了源自北极真菌的 IBP 的防冻功能，并在论文中进行了报道（T. ARAI, et al. Scientific Reports, 2022, 12.1: 15443.）。在本文中，我们详细研究了北极真菌IBP的防冻功能强度与目标冰晶表面之间的关系。这些结果被认为对于研究 IBP 对目标冰晶表面的选择性与细胞吸附之间的相关性具有非常重要的意义。