Cryopreservation of antifreeze protein multicellular systems based on X-ray nanoscale observations in vivo for ice crystals
| Project/Area Number |
21K14466
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 不凍タンパク質 / 線虫 / 凍結保存 / 氷晶制御 / 熱ヒステリシス / 時分割X線計測 / 蛍光観察 / X線回折 / 氷晶形状 |
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| Outline of Research at the Start |
モデル生物を使った実験から、AFPが多細胞生物体内においても氷晶成長抑制と細胞保護という２つの機能を発揮することがわかりました。本課題では、線虫体内という夾雑環境で形成される氷晶をＸ線ナノスケール観察し、氷晶形状、サイズ、成長速度に基づいたAFP氷晶制御法を構築します。また、細胞保護効果の蛍光イメージング解析を通して、細胞損傷の定量評価を行い、多細胞系に最適なAFP凍結保存技術を目指します。
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| Outline of Final Research Achievements |
In the current study, I aimed to establish the most effective cryopreservation method for AFP. I verified AFP effectiveness and analysed the AFP-ice interaction by X-ray nanoscale measurement in vivo. I found that the survival rate of transgenic C. elegans expressing AFP at body wall muscles was significantly higher than that of the wld-type control animals. Next, X-ray nanoscale measurements were applied to monitor AFP-induced ice crystal regulation in vivo. Interestingly, I found that the molecular dynamics of the wild-type AFP and the loss-of-function AFP mutant behaved qualitatively differently at -5 and -10°C. These results indicate that the inhibition of ice crystal growth by AFP also acts as an important function in cryopreservation in vivo.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
不凍タンパク質(Antifreeze Protein: AFP)は、氷晶成長を抑制するユニークな機能をもつ。本研究から、多細胞生物である線虫の凍結保存において、AFPが有効に働くことがわかった。その分子メカニズムとして、氷晶成長抑制という機能が動物体内でも発揮している様子をX線ナノスケール計測によって捉えることができた。これらの知見は、細胞や組織、臓器に至るさまざまな生体材料の凍結保存において、AFPが効果的に機能する可能性を示している。将来的に、臓器保存などを課題とする医療・医学分野での技術展開が期待できる。
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Report
(3 results)
Research Products
(31 results)
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[Journal Article] Visualizing Intramolecular Dynamics of Membrane Proteins2022
Author(s)
Ohkubo Tatsunari、Shiina Takaaki、Kawaguchi Kayoko、Sasaki Daisuke、Inamasu Rena、Yang Yue、Li Zhuoqi、Taninaka Keizaburo、Sakaguchi Masaki、Fujimura Shoko、Sekiguchi Hiroshi、Kuramochi Masahiro、Arai Tatsuya、Tsuda Sakae、Sasaki Yuji C.、Mio Kazuhiro
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Journal Title
International Journal of Molecular Sciences
Volume: 23
Issue: 23
Pages: 14539-14539
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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