超低温保存が可能な種子における天然変性蛋白質の卓越した保護活性の分子機構

• 研究課題/領域番号: 18H02222
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分39060:生物資源保全学関連
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 原 正和 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (10293614)
• 研究分担者: 今井 亮三 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, エグゼクティブリサーチャー (90291913)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: 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

研究成果の概要

種子の保存性に関与する天然変性タンパク質デハイドリンに着目し、超低温保護作用のメカニズム解明に取り組んだ。さらに、デハイドリンとは異なる天然変性タンパク質としてダイコンからRVCaBを分離精製し、超低温保護活性を見出して活性セグメントを同定した。その結果、両天然変性タンパク質の作用機構に共通点を見出し、従来の作用モデルを補完する新たなモデルを提案した。天然変性タンパク質には多様な分子種が存在し、それぞれが植物の生育やストレス耐性に重要な役割を担っている可能性が示唆される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

天然変性タンパク質は生物界に広く存在するが、その機能と生理学的な意義については多くの場合不明である。本研究は、植物天然変性タンパク質の超低温保護機能に着目し、そのメカニズムを解明した点で学術的な意義がある。植物由来の天然変性タンパク質は未利用素材であり、細胞や臓器の保存、冷凍並びに乾燥食品の製造、遺伝資源の保存など、様々な場面での応用が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Freeze-thaw-induced aggregation of bovine gamma globulin was efficiently inhibited by an intrinsically disordered plant protein dehydrin. (2023)
  • 著者名/発表者名: Honami Osuda, Yuki Kimura, Masakazu Hara
  • 雑誌名: Food Hydrocolloids for Health 巻: 3 ページ: 100108-100108
  • DOI: 10.1016/j.fhfh.2022.100108
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of cryoaggregation of phospholipid liposomes by an Arabidopsis intrinsically disordered dehydrin and its K-segment (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura Y, Ohkubo T, Shimizu K, Magata Y, Park EY, Hara M
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 巻: 211 ページ: 112286-112286
  • DOI: 10.1016/j.colsurfb.2021.112286
  • NAID: 120007180319
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An intrinsically disordered radish vacuolar calcium-binding protein (RVCaB) showed cryoprotective activity for lactate dehydrogenase with its hydrophobic region. (2021)
  • 著者名/発表者名: Honami Osuda, Yui Sunano, Masakazu Hara
  • 雑誌名: International Journal of Biological Macromolecules 巻: 182 ページ: 1130-1137
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.04.056
  • NAID: 120007032775
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cryoprotective activity of Arabidopsis KS-type dehydrin depends on the hydrophobic amino acids of two active segments. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomoka Yokoyama, Tomohiro Ohkubo, Keita Kamiya, Masakazu Hara
  • 雑誌名: Archives of Biochemistry and Biophysics 巻: 691 ページ: 108510-108510
  • DOI: 10.1016/j.abb.2020.108510
  • NAID: 120006872376
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] F-segments of Arabidopsis dehydrins show cryoprotective activities for lactate dehydrogenase depending on the hydrophobic residues (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ohkubo, Ayuko Kameyama, Keita Kamiya, Mitsuru Kondo, Masakazu Hara
  • 雑誌名: Phytochemistry 巻: 173 ページ: 112300-112300
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2020.112300
  • NAID: 120006824776
  • 査読あり
• [学会発表] Functions and Applications of Intrinsically Disordered Proteins in Plant Seeds (2023)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Hara
  • 学会等名: ICONN2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dehydrins: Stress-Responsive Intrinsically Disordered Proteins in Plants (2023)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Hara
  • 学会等名: 2023 4th International Conference of the Brain Korea21 FOUR
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] デハイドリンKセグメント配列による乳酸脱水素酵素凍結保護活性メカニズム (2022)
  • 著者名/発表者名: 大須田穂波、吉原有紗、原正和
  • 学会等名: 第39回日本植物バイオテクノロジー 学会（堺）大会
• [学会発表] シロイヌナズナデハイドリンによるリポソーム凍結保護作用に関する研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村友紀、清水広介、間賀田泰寛、朴龍洙、原正和
  • 学会等名: 第39回日本植物バイオテクノロジー 学会（堺）大会
• [学会発表] デハイドリンおよび保存配列のリポソーム凍結凝集抑制に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 友紀、大久保 智博、清水 広介、間賀田 泰寛、朴 龍洙、原 正和
  • 学会等名: 第38回日本植物バイオテクノロジー（つくば）学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 横山 知佳、大久保 智博、神谷 慶太、原 正和
  • 学会等名: 第37回日本植物細胞分子生物学会（京都）大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 大久保 智博、神谷 慶太、亀山 阿由子、原 正和
  • 学会等名: 第37回日本植物細胞分子生物学会（京都）大会
• [学会発表] Proteins in seeds for surviving under deep freeze conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Hara
  • 学会等名: 2019 National Tsing Hua University-Shizuoka University Bilateral Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Adaptation of plants to extreme temperatures -Key proteins in seeds for surviving under deep freeze conditions- (2019)
  • 著者名/発表者名: Masakazu HARA
  • 学会等名: Universiti Teknologi Malaysia, 2nd International Postgraduate Symposium in Biotechnology 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナデハイドリンのnon-Kセグメントの酵素凍結保護活性における役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大久保智博、神谷慶太、亀山阿由子、原正和
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度大会[東京]
• [学会発表] デハイドリンCOR47の非Kセグメント領域の酵素凍結保護活性に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大久保智博、神谷慶太、亀山阿由子、原正和
  • 学会等名: 日本農芸化学会中部支部第183回例会[名古屋]
• [備考] 静岡大学教員データベース
  • URL: https://tdb.shizuoka.ac.jp/rdb/public/Default2.aspx?id=10883&l=0
• [備考] 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
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.agr.shizuoka.ac.jp/abc/envplant/index.html