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Mechanism of antifreeze proteins for improving the freezing- and cold-tolerance in the nematode Caenorhabditis elegans

Research Project

Project/Area Number 19K15787
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 38050:Food sciences-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Kuramochi Masahiro  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (60805810)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords不凍タンパク質 / 線虫 / 低温耐性 / 熱ヒステリシス / 氷晶結合面 / 蛍光イメージング / 細胞保護
Outline of Research at the Start

不凍タンパク質(Antifreeze Protein: AFP)は、氷結晶の成長阻害というユニークな性質をもつ一方、非凍結温度でも個体生物の低温耐性改善や細胞保護のために働くことがわかってきました。本課題では、非凍結温度におけるAFPの分子メカニズム解明を目指します。種々の変異AFPを発現する線虫を用いて、低温耐性の観察や、AFPの細胞内局在パターン、細胞内作用を蛍光イメージングにより可視化解析します。そして、AFP結晶構造や物理的特性に起因するAFP機能を分子レベルで明らかにします。

Outline of Final Research Achievements

Antifreeze Protein (AFP) has a unique function for inhibiting the ice crystal growth. Interestingly, transgenic Caenorhabditis elegans expressing AFP at body wall muscles could survive at unfrozen low temperatures. AFP expressing transgenic-worms had cold tolerance. AFP probably has a function at unfrozen low temperatures for improving the cold tolerance of worms. It is not the ice-AFP interaction. To observe the AFP mechanism in vivo, several AFP mutants were introduced at body wall muscles in C. elegans. We then evaluated the cold tolerance of those transgenic worms at unfrozen low temperatures. In addition, we analysed AFP expression level and cellular damages by fluorescence imaging. We found that AFP function for inhibiting ice crystal growth correlates with the cold tolerance of worms at unfrozen low temperature.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

不凍タンパク質(AFP)を利用した生体組織の低温保存法が期待されています。一方、その機能を生体レベルで検証する取り組みは少ないです。本研究では、非凍結温度における線虫低温耐性を調べることで、低温保存に有効なAFPの特徴を探索しました。複数のAFP変異体を用いた解析から、線虫低温耐性とAFP機能の関係性を示すことができ、生体組織の低温保存に有益なAFP性能の基礎科学知見を得ることができました。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] 線虫の凍結・低温耐性を改善する氷結合タンパク質の生体内作用機序の解明2021

    • Author(s)
      倉持 昌弘、三尾 和弘、津田 栄、佐々木 裕次
    • Journal Title

      月刊「細胞」

      Volume: 53 Pages: 66-69

    • NAID

      40022573722

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    • Author(s)
      倉持 昌弘、三尾 和弘、津田 栄、佐々木 裕次
    • Journal Title

      月刊「アグリバイオ」

      Volume: 5 Pages: 93-98

    • NAID

      40022590457

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      Kuramochi Masahiro、Omata Hiroki、Ishihara Masaki、Hanslin Sander ?.、Mizumaki Masaichiro、Kawamura Naomi、Osawa Hitoshi、Suzuki Motohiro、Mio Kazuhiro、Sekiguchi Hiroshi、Sasaki Yuji C.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 4097-4097

    • DOI

      10.1038/s41598-021-83320-y

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    • Author(s)
      Chang Jaewon、Baek Yonugseok、Lee Injee、Sekiguchi Hiroshi、Ichiyanagi Kouhei、Mio Kazuhiro、Nozawa Shunsuke、Fukaya Ryo、Adachi Shin-ichi、Kuramochi Masahiro、Sasaki Yuji C.
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 556 Pages: 53-58

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.03.144

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      Mio Kazuhiro、Ishihara Masaki、Fujimura Shoko、Sasaki Daisuke、Nozawa Shunsuke、Ichiyanagi Kohei、Fukaya Ryo、Adachi Shin-ichi、Kuramochi Masahiro、Sekiguchi Hiroshi、Kubo Tai、Sasaki Yuji C.
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 529 Issue: 2 Pages: 306-313

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.05.200

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      Fujimura Shoko、Mio Kazuhiro、Kuramochi Masahiro、Sekiguchi Hiroshi、Ikezaki Keigo、Mio Muneyo、Hengphasatporn Kowit、Shigeta Yasuteru、Kubo Tai、Sasaki Yuji C.
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 124 Issue: 51 Pages: 11617-11624

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c08250

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      Masahiro Kuramochi, Chiaki takanashi, Akari Yamauchi, Motomichi Doi, Kazuhiro Mio, Sakae tsuda, Yuji C. Sasaki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: - Issue: 1 Pages: 6246-6246

    • DOI

      10.1038/s41598-019-42650-8

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      倉持 昌弘, 高梨 千晶, 山内 彩加林, 戸井 基道, 三尾 和弘, 津田 栄, 佐々木 裕次
    • Journal Title

      低温生物工学会誌

      Volume: 65 Pages: 23-26

    • NAID

      130007700254

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      米国生物物理学会
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      倉持 昌弘、董 芸格、高梨 千晶、山内 彩加林、戸井 基道、三尾 和弘、津田 栄、佐々木 裕次
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      董 芸格、倉持 昌弘、高梨 千晶、三尾 和弘、戸井 基道、青山 光輝、関口 博史、津田 栄、佐々木 裕次
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      第42回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] Dynamics And Functions of Antifreeze Proteins In Transgenic Caenorhabditis Elegans At Freezing Environments2019

    • Author(s)
      M. Kuramochi, G. Tou, C. Takanashi, A. Yamauchi, M. Doi, K. Mio, S. Tsuda, H. Sekiguchi, Y. C. Sasaki
    • Organizer
      ASCB-EMBO2019
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  • [Remarks] 低温環境に弱い線虫が氷点下で生き延びた!-新しい低温保存技術と長期常温保存への期待-

    • URL

      https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2019/pr20190515/pr20190515.html

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] X線を用いた物質評価方法及び物質評価装置2020

    • Inventor(s)
      倉持昌弘、佐々木裕次、三尾和弘
    • Industrial Property Rights Holder
      倉持昌弘、佐々木裕次、三尾和弘
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2022-01-27  

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