Elucidation of the mechanisms on aggregation and toxicity of plant amyloid proteins which are toxic in the presence of metals

• Project/Area Number: 23380192
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Environmental agriculture(including landscape science)
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: Hara Masakazu 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (10293614)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀池 徳祐 静岡大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (20535306) ; 河岸 洋和 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (70183283)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2015: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2014: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2013: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2012: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 重金属 / 天然変性蛋白質 / デハイドリン / ハイパーアキュムレーター / アミロイド

Outline of Final Research Achievements

It is needed to understand a role of the heavy metal-sensitivity of normal plants to establish the technologies of heavy metal decontamination by hyperaccumulators. We analyzed a His-type metal binding peptide (dehydrin) which is commonly found in plants. Although the peptide shows the intrinsically disordered state under the normal condition, it forms aggregates with generating reactive oxygen species which can damage cells at the high concentration of heavy metals. Such characteristics of the peptide are similar to those of amyloids in brain diseases. This peptide can control the sensitivity to heavy metals in plants.

Research Products

• [Int'l Joint Research] ブラウンシュバイク工科大学(ドイツ)
• [Journal Article] The role of hydrophobic amino acids of K-segments in the cryoprotection of lactate dehydrogenase by dehydrins. (2017)
  • Author(s): Masakazu Hara, Takuya Endo, Keita Kamiya, Ayuko Kameyama
  • Journal Title: Journal of Plant Physiology Volume: 210 Pages: 18-23
  • DOI: 10.1016/j.jplph.2016.12.003
  • NAID: 120006534772
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Arabidopsis KS-type dehydrin recovers lactate dehydrogenase activity inhibited by copper with the contribution of His residues. (2016)
  • Author(s): Masakazu Hara, Shuhei Monna, Takae Murata, Taiyo Nakano, Shono Amano, Markus Nachbar, Hermann Waetzig
  • Journal Title: Plant Science Volume: 245 Pages: 135-142
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2016.02.006
  • NAID: 120006389671
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 高次構造を持たない無秩序な植物タンパク質 (2016)
  • Author(s): 原 正和
  • Journal Title: 生物工学会誌 バイオミディア Volume: 94 Pages: 23-23
• [Journal Article] Dehydrin expression in seeds: an issue of maturation drying (2014)
  • Author(s): Maik Kleinwächter, Alzahraa Radwan, Masakazu Hara, Dirk Selmar
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 5 Pages: 402-402
  • DOI: 10.3389/fpls.2014.00402
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficient purification of cryoprotective dehydrin protein from the radish (Raphanus sativus) taproot (2014)
  • Author(s): Masakazu Hara, Saki Uchida, Takae Murata, Hermann Wätzig
  • Journal Title: European Food Research and Technology Volume: 239 Issue: 2 Pages: 339-345
  • DOI: 10.1007/s00217-014-2228-6
  • NAID: 120005596546
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A KS-type dehydrin and its related domains reduce Cu-promoted radical generation and the His residues contribute to the radical-reducing activities (2013)
  • Author(s): Masakazu Hara, Mitsuru Kondo, Takanari Kato
  • Journal Title: Journal of Experimental Botany Volume: 64 Issue: 6 Pages: 1615-1624
  • DOI: 10.1093/jxb/ert016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Precise, fast and flexible determination of protein interactions by Affinity Capillary Electrophoresis: Part 2: Cations (2013)
  • Author(s): Sabine Redweik, Claudia Cianciulli, Masakazu Hara, Yuanhong Xu, Hermann Wätzig
  • Journal Title: Electrophoresis Volume: 34 Issue: 12 Pages: 1812-1819
  • DOI: 10.1002/elps.201300050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biochemical characterization of the Arabidopsis KS-type dehydrin protein, whose gene expression is constitutively abundant rather than stress dependent (2011)
  • Author(s): Masakazu Hara, Yuri Shinoda, Masayuki Kubo, Daiju Kashima, Ikuo Takahashi, Takanari Kato, Tokumasa Horiike, Toru Kuboi
  • Journal Title: Acta Physiologiae Plantarum Volume: 33 Issue: 6 Pages: 2103-2116
  • DOI: 10.1007/s11738-011-0749-1
  • NAID: 120005623622
  • Peer Reviewed
• [Presentation] デハイドリンの凍結保護活性におけるKセグメントの疎水性アミノ酸の役割 (2017)
  • Author(s): 神谷慶太、遠藤拓弥、亀山阿由子、原 正和
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 京都女子大学（京都府京都市）
• [Presentation] デハイドリンにおける凍結保護セグメントの特性調査 (2016)
  • Author(s): 原 正和、遠藤拓弥、神谷慶太
  • Organizer: 日本植物細胞分子生物学会
  • Place of Presentation: 信州大学（長野県上田市）
• [Presentation] His型金属結合ペプチドデハイドリンによる植物金属ストレス緩和作用 (2015)
  • Author(s): 原 正和、門奈修平、村田尊英、中野太陽
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会［岡山］
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県）
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] 植物におけるHisリッチデハイドリンの銅ストレス保護作用 (2014)
  • Author(s): 中野太陽、門奈修平、村田尊英、原 正和
  • Organizer: 日本農芸化学会中部支部第171回例会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
  • Year and Date: 2014-10-11
• [Presentation] Disordered dehydrin proteins related to abiotic stress tolerance in plants (2014)
  • Author(s): Masakazu Hara
  • Organizer: PepCon 2014 - BIT's 7th Annual Protein and Peptide Conference
  • Place of Presentation: 大連 International Convention Center（中華人民共和国）
  • Year and Date: 2014-04-26
  • Invited
• [Presentation] ヘム存在下におけるデハイドリンの酵素活性発現に関する研究 (2014)
  • Author(s): 天野 翔乃、原 正和
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会 東京
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川県）
• [Presentation] 植物の天然変性蛋白質デハイドリンの活性酸素発生抑制活性を規定する配列特性 (2013)
  • Author(s): 原 正和、加藤雄成
  • Organizer: 第31回日本植物細胞分子生物学会（札幌）大会・シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] 植物のストレス適応に関与する天然変性蛋白質 (2012)
  • Author(s): 原正和
  • Organizer: 日本農芸化学会2012年度京都大会大会シンポジウム「天然変性領域を介した相互作用に基づくタンパク質応用化学の新展開」
  • Place of Presentation: 京都女子大学(京都府)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-25
• [Presentation] 'Histidine-rich metal binding peptides' as another category of metal binders in plants-Dehydrin, starting from basics to application- (2011)
  • Author(s): Masakazu Hara
  • Organizer: Shizuoka University International Symposium 2011
  • Place of Presentation: ビネスト(静岡県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] 植物のストレス耐性における天然変性タンパク質の役割 (2011)
  • Author(s): 原正和
  • Organizer: 静岡大学若手グローバル研究リーダー育成プログラムシンポジウム
  • Place of Presentation: 静岡大学(静岡県)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-15
• [Presentation] ヒスチジン及び関連ペプチドによる植物金属ストレスの緩和 (2011)
  • Author(s): 小林大記、鹿島大樹、篠田友里、原正和
  • Organizer: 2011年度日本農芸化学会関西・中部支部合同大会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
  • Year and Date: 2011-10-02
• [Presentation] シロイヌナズナデハイドリンAtHIRD11の金属結合に伴う物性変化 (2011)
  • Author(s): 加藤雄成、篠田友里、近藤満、原正和
  • Organizer: 第29回日本植物細胞分子生物学会福岡大会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡県)
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] シロイヌナズナのHis-richデハイドリンAtHIRD11の機能研究
  • Author(s): 加藤雄成、篠田友里、原正和、近藤満 （原 正和）
  • Organizer: 日本農芸化学会中部支部 第165回例会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] Hisリッチデハイドリンのアデノシン関連物質との結合に関する研究
  • Author(s): 田中 莉子、加藤 雄成、原 正和 （原 正和）
  • Organizer: 日本農芸化学会中部支部 第165回例会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Presentation] シロイヌナズナデハイドリンによる酵素活性の変化
  • Author(s): 門奈修平、加藤雄成、原正和 （原 正和）
  • Organizer: 日本農芸化学会中部支部 第165回例会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県）
• [Book] ナノバイオ・テクノロジー (2016)
  • Author(s): 原 正和
  • Total Pages: 267
  • Publisher: 静岡学術出版
• [Book] ダイコンの成分 (2015)
  • Author(s): 原 正和
  • Total Pages: 192
  • Publisher: 静岡学術出版
• [Remarks] 静岡大学グリーン科学技術研究所 原 正和
  • URL: http://www.green.shizuoka.ac.jp/lab_staff00011.html
• [Remarks] 静岡大学農学部 原 正和
  • URL: http://www.agr.shizuoka.ac.jp/abc/envplant/index.html
• [Remarks] 静岡大学農学部 原研究室
  • URL: http://www.agr.shizuoka.ac.jp/abc/envplant/index.html
• [Remarks] 植物機能生理学研究室（原）
  • URL: http://www.agr.shizuoka.ac.jp/abc/envplant/index.html
• [Remarks] 植物機能生理学研究室（原）
  • URL: http://www.agr.shizuoka.ac.jp/abc/envplant/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.agr.shizuoka.ac.jp/abc/envplant/index.html