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A study on innovative storage technology by using protein function which supports plant survival under the ultra-low temperature

Research Project

Project/Area Number 19K22274
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

Hara Masakazu  静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (10293614)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords超低温保存 / タンパク質保護 / 天然変性タンパク質 / デハイドリン / 蛋白質保護 / 天然変性蛋白質 / 植物天然変性タンパク質
Outline of Research at the Start

今日、国際的な医薬品開発は、バイオ医薬品(特に抗体製剤)にシフトしている。抗体は不安定であるため、製剤には高濃度(数%~10%)の保存剤が添加されている。また、凍結融解による失活を防ぐため、短期の冷蔵保存が不可欠である。一方、多様化した医療現場では、添加剤を減らし、凍結融解を繰り返しても半永久的に使用可能な剤形が求められている。しかし、現在の技術では不可能であり、飛躍的な技術革新が必須である。研究代表者は、植物種子の超低温保存に関与する特異な天然変性蛋白質(デハイドリン)の機能を研究し、新しいドメインに、卓越した超低温保護活性を見出した。

Outline of Final Research Achievements

Recently, biopharmaceuticals especially antibody drugs have been actively developed. A large amount of preservatives and cold storage are required to stabilize the antibody solution. Freezing and thawing, however, promotes the antibody aggregation, and then the drug performance is remarkably decreased. Meanwhile, we found that F segment of dehydrin, a protein involved in the freezing stability of plant seeds, potently inhibited the cryodenaturation of proteins. In this study, we showed that the cryoaggregation of antibody could be efficiently inhibited by F segment, discussing the mechanism of cryoprotection.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の学術的意義は、種子の低温耐性に関与し、一定の形をとらない天然変性タンパク質であるデハイドリンが、他のタンパク質を凍結ストレスから守る仕組みを解明した点である。社会的意義としては、デハイドリンの機能がバイオ医薬品、特に抗体製剤の保存技術を格段に向上させる可能性を示した点である。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] An intrinsically disordered radish vacuolar calcium-binding protein (RVCaB) showed cryoprotective activity for lactate dehydrogenase with its hydrophobic region.2021

    • Author(s)
      Honami Osuda, Yui Sunano, Masakazu Hara
    • Journal Title

      International Journal of Biological Macromolecules

      Volume: 182 Pages: 1130-1137

    • DOI

      10.1016/j.ijbiomac.2021.04.056

    • NAID

      120007032775

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] F-segments of Arabidopsis dehydrins show cryoprotective activities for lactate dehydrogenase depending on the hydrophobic residues2020

    • Author(s)
      Tomohiro Ohkubo, Ayuko Kameyama, Keita Kamiya, Mitsuru Kondo, Masakazu Hara
    • Journal Title

      Phytochemistry

      Volume: 173 Pages: 112300-112300

    • DOI

      10.1016/j.phytochem.2020.112300

    • NAID

      120006824776

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] デハイドリンによるγ-Globulin凍結凝集抑制作用に関する研究2021

    • Author(s)
      大須田穂波、原正和
    • Organizer
      第38回植物バイオテクノロジー学会(つくば)大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] シロイヌナズナデハイドリンの乳酸脱水素酵素凍結保護活性における疎水性アミノ酸の役割2019

    • Author(s)
      横山 知佳、大久保 智博、神谷 慶太、原 正和
    • Organizer
      第37回日本植物細胞分子生物学会(京都)大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] デハイドリンの凍結保護活性に対する疎水性アミノ酸の重要性2019

    • Author(s)
      大久保 智博、神谷 慶太、亀山 阿由子、原 正和
    • Organizer
      第37回日本植物細胞分子生物学会(京都)大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Proteins in seeds for surviving under deep freeze conditions2019

    • Author(s)
      Masakazu Hara
    • Organizer
      2019 National Tsing Hua University-Shizuoka University Bilateral Symposium
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Adaptation of plants to extreme temperatures -Key proteins in seeds for surviving under deep freeze conditions-2019

    • Author(s)
      Masakazu Hara
    • Organizer
      Universiti Teknologi Malaysia, 2nd International Postgraduate Symposium in Biotechnology 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 静岡大学農学部植物機能生理学研究室(原)

    • URL

      https://www.agr.shizuoka.ac.jp/abc/envplant/index.html

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2024-12-25  

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