Elucidation of the molecular mechanism of multifunctional proteins binding to ice and cells

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K15071
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Arai Tatsuya 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (90890145)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 非凍結細胞保存 / 氷結晶結合タンパク質 / 不凍機能 / 細胞膜 / 氷結晶

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to elucidate at the molecular level how ice-binding proteins (IBPs) protect cells under non-freezing low temperatures. Various types of IBPs were synthesized, and it was revealed that all IBPs with significantly different structures could protect cells. Furthermore, introducing amino acid substitutions into the ice-binding sites resulted in significant changes in their cell protection effects, indicating the involvement of ice-binding sites in cell adhesion. Additionally, it was experimentally demonstrated that IBPs irreversibly absorb cells at low temperatures. These findings were summarized and published as a paper. It is believed that these results significantly contribute to understanding the mechanisms underlying cellular cold tolerance acquisition.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞の保存技術の発展は、研究・医療分野において非常に重要な課題である。一般的に細胞は-80℃以下の超低温で冷凍保存される。しかし、血小板などの細胞や臓器は凍結保存ができないため、非凍結低温下で保存される。この際にも細胞は様々なダメージを受けるため、短期間しか保存することができないのが現状である。本研究において明らかになった、様々な構造を持つIBPが低温で細胞を保護可能であるという発見は、IBP添加するだけで様々な細胞の保存期間を延長できる可能性を示唆している。今後、この細胞保護効果の分子メカニズムを更に解明していくことで、細胞をより長期間保存する技術の発展に貢献する事ができると考えられる。