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。

冰晶体结合蛋白（IBP）具有两个功能：在0°C或更低的冰与冰结合的抗冻功能，并且在0°C或更高的细胞中结合细胞保护功能。但是，尚未进行详细的分子水平研究来确定这两个功能之间的关系。这项研究旨在使用多个IBP全面测量细胞保护功能，并阐明详细的分子机制。迄今为止，已经在多种细胞中报道了IBP的非冻结细胞保护功能，但没有报道将其与防冻功能相关联。因此，在这项研究中，我们首先研究了来自鱼类，昆虫和微生物的各种IBP的细胞保护功能。结果，几乎所有IBP都发挥了细胞保护功能。此外，产生了在冰晶结合位点引入一个氨基酸位移的多个突变体，并进行了实验以测量其细胞保护功能。结果，已经发现，像防冻功能一样，可以通过突变一种氨基酸来显着改变细胞保护功能。这些结果表明，冰晶结合位点以某种方式促进了细胞保护功能。此外，结果表明，可以创建具有强大细胞保护功能的IBP突变体。作为这项研究的一部分，我们还分析了北极细菌IBP的防冻功能，并将其报告为论文（T. Arai等。科学报告，2022，12.1：15443。在本文中，我们详细研究了北极细菌IBP的防冻功能强度与靶冰晶体表面之间的关系。人们认为这些结果为研究IBP对目标冰晶平面的选择性与细胞吸附之间的相关性提供了非常重要的建议。