植物の超低温生存力を支える蛋白質の機能を利用した革新的保存技術に関する研究
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19K22274
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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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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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| 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)
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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 / 植物天然変性タンパク質 |
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| 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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
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）の機能を研究する過程で、タンパク質の凍結失活を極めて低濃度で阻止する新活性ドメイン（NK3）を見出した。本研究は、医薬品特に抗体製剤の新しい保存技術の構築に向け、NK3に関する基盤的知見を得ることを目的とする。本年度は、実施計画に基づき、NK3変異ライブラリーを作成し、最終的に配列―活性相関を見出すことに成功した。乳酸脱水素酵素（LDH）の凍結失活を指標に、ライブラリーを保護活性試験に供したところ、疎水性アミノ酸が活性の決定要因であることが判明した。しかし、NK3と同じ数の疎水性アミノ酸を有するペプチドでも、活性を持たないものがあった。ペプチド構造予測ソフトで解析したところ、NK3には、楕円状の疎水性空間が形成される一方、活性のないペプチドでは、疎水性アミノ酸が散在しており、まとまった疎水性空間が形成されないことが示唆された。また、NK3は特定の二次構造をとらない天然変性状態にあったが、界面活性剤によって秩序だった構造へ変化することが分かった。しかし、活性を失った変異ペプチドには、その変化は起きなかった。以上、NK3の活性発現には、特徴的な配列とそれに基づく疎水性空間が提示される必要があることがわかった。以上のデータの一部は論文にまとめ、本年度発表することができた。なお、NK3は、ノルウェー科学技術大学Strimbeck博士によってFセグメントと呼ぶべきとの提案があり、われわれはそれを受け入れている。したがって、論文ではNK3をFセグメントとしている。
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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
NK3のタンパク質凍結保護活性のメカニズムの一端を解明することができた。NK3の活性には疎水性アミノ酸が必要であることは予想されていたが、その立体的な配置が重要であり、単に、疎水性アミノ酸の数が揃っているだけでは不十分だということもわかった。また、疎水性環境に依存した無秩序―秩序構造変化も確定した。これらの結果を、植物化学分野の専門誌に論文発表することができた。以上、成果は十分に上がったので、上記の評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
NK3のタンパク質凍結失活抑制活性のメカニズムの一端が解明されたので、当初の計画通り、新たな活性ペプチドの探索を遂行する。具体的には、天然におけるタンパク質からの類似配列を抽出・設計し、疎水性アミノ酸のみを残したシャフリングペプチドや疎水性アミノ酸の数を増やしたペプチドを設計する。これらに対し、凍結失活抑制活性を確定し、活性ペプチドを絞り込む。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
