2011 Fiscal Year Annual Research Report
重金属環境下で有害化する植物アミロイド蛋白質の凝集及び毒性発現メカニズムの解明
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23380192
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
原 正和 静岡大学, 農学部, 教授 (10293614)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河岸 洋和 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (70183283)
堀池 徳祐 静岡大学, 若手グローバル研究リーダー育成拠点, 特任助教(テニュア・トラック) (20535306)
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| Keywords | 天然変性蛋白質 / デハイドリン / 重金属 / アミロイド |
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| Research Abstract |
重金属汚染は、重篤な化学汚染である。重金属の浄化は容易ではないが、近年、植物を使って浄化しようとする試みがある。その成功には、重金属を高濃度に蓄積してもなお生育できる超集積植物(ハイパーアキュムレーター:HA)が必要である。既存のHAは、小型で生長が遅いという難点があるため、HAの重金属蓄積能力を、大型で生長が早い通常植物へ導入する試みが始まっている。ところが、重金属耐性が思いのほか低かったり、重金属環境下に移植した途端に枯れてしまう事が多く、実用化への障壁となっている。
そこで、通常植物に見られる潜在的な"重金属への弱さ"のメカニズムを解明できれば、それを取り除くことで、本質的に重金属に強い植物の育成が可能となる。
これまでに、代表者は、植物には不定形でルーズなタンパク質が存在し、それらは重金属と結合することを見出してきた。さらに、重金属との結合の際に、凝集体を形成することを発見した。このような性質は、ヒトの脳神経疾患であるアルツハイマー病やパーキンソン病の原因である、アミロイドタンパク質の性質によく似ている。そこで、代表者は、植物にもまた、アミロイド様のタンパク質が存在し、重金属生理に関わっているのではないかと着想した。そして、植物のアミロイドの形成を抑制する薬を開発できれば、通常植物の"重金属への弱さ"を克服する画期的な技術となると考えた。
本年度、植物アミロイド様タンパク質の候補であるAtHIRD11が、通常、完全な不定形状態にあるが、低濃度の重金属で容易に二次構造を変化させて凝集体となること、重金属を含む土で栽培した植物ではAtHIRD11が凝集体として存在することを見出した。さらに、凝集化に必要なアミノ酸残基を特定することに成功し、その残基の配列パターンと凝集効率の間に、線形的な数式が成り立つことを見出した。これらの結果は、植物におけるアミロイド形成を抑制し、結果として重金属耐性を向上させる薬の開発に、重要な情報を提供する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、スタート年度である。当初予定していた、植物におけるアミロイドタンパク質の性質のうち、天然変性状態の確証を得ることに成功した。その上、重金属による凝集化に関わる残基の特定に成功し、その配列と凝集性との関係を数式化することができた。このように、存外に研究は進展したので、この評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降、基本的に当初の計画通りに進めたい。なお、初年度で、植物アミロイド候補遺伝子が、完全な変性状態にあることが判明したため、当初予定していたNMR解析を中心としたパイプラインから、当方が開発中のCDとFTIRを中心とした解析にシフトする可能性がある。
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