2020 Fiscal Year Annual Research Report
超低温保存が可能な種子における天然変性蛋白質の卓越した保護活性の分子機構
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18H02222
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
原 正和 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (10293614)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
今井 亮三 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 主席研究員 (90291913)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超低温保存 / 蛋白質保護 / 天然変性蛋白質 / デハイドリン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物の種子には、超低温保存（液体窒素保存）が可能なものと、冷蔵保温すら不可能なものがある。しかし、この違いがどのような分子的要因によって決定されているのか、未だ解明されていない。本研究の実施者は、種子胚に存在し、種子の低温保存性と関連がある植物固有の天然変性蛋白質（デハイドリン）の保存領域が、低温感受性モデル酵素の超低温失活を僅か0.001%レベルでほぼ完全に抑止することを見出した。これは、通常の蛋白質保護剤が%レベルで作用することと比較すると驚異的な活性である。本研究では、デハイドリン保存領域による蛋白質超低温保護活性のメカニズムを究明する。昨年度までに、デハイドリンAtHIRD11に関し、既知の酵素凍結保護活性部位（Kセグメント）のほか、新活性部位（NK1セグメント）について調査し、活性発現メカニズムを提案した。本年度は、各セグメントで明らかになったメカニズムが、AtHIRD11の本体においても同様に機能しているのか、AtHIRD11は保護対象分子（ここでは低温感受性酵素LDH）へ結合して作用しているのか、の2点について研究を進めた。AtHIRD11（全長98アミノ酸）のN末端にFITCを付加したFITC-AtHIRD11を合成した。さらに、疎水性アミノ酸を親水性アミノ酸のスレオニンへ変換したFITC-AtHIRD11ΦTを合成した。FITC-AtHIRD11は凍結保護活性を示し、FITC-AtHIRD11ΦTは活性を示さなかった。二次構造変化とLDHへの結合について円二色性スペクトルと超遠心分析法を組み合わせ解析したところ、AtHIRD11は一過的疎水性相互作用説に準じた保護メカニズムによって凍結保護活性を示す可能性が示唆された。この成果は、米国の生物物理学専門誌に掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度、昨年度までのセグメントレベルの研究成果を、デハイドリンAtHIRD11の本体へ適応しようとした。本科研費を活用し、デハイドリン完全長の化学合成と、疎水性アミノ酸に関する変異デハイドリンの化学合成を行った。これらを活用した実験の結果、デハイドリンは、保護対象タンパク質へアクセスする際に、二次構造を変化させうるが結合には至らないことが示された。この結果は、デハイドリンが一過的疎水性相互作用説に準じたメカニズムによって保護対象タンパク質に働きかけていることを示す例となった。この成果は国際的な専門誌に掲載された。よって上記の評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまで、計画通りに、デハイドリンの凍結保護作用メカニズムの解明が進められてきた。当初計画では、その後、厳しい環境に生息する植物のデハイドリンの配列から、保護活性の高いデハイドリンを探索することになっている。そこで、次年度は、そうした新たなデハイドリン配列に加え、デハイドリンの枠を超え、植物の天然変性タンパク質を広く探索し、その凍結保護作用を調査することにする。その結果、デハイドリンで確定したメカニズムが、天然変性タンパク質全般にも適用できるか否かを見極める。さらに、シロイヌナズナの初期芽生えを種子胚とみなしたモデル系でも有効なデータを得る。
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