トレハロースとLEAタンパク質の機能から探る生物の極限乾燥耐性の分子機構

• 研究課題/領域番号: 21370068
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 櫻井 実 東京工業大学, バイオ研究基盤支援総合センター, 教授 (50162342)
• 連携研究者: 黄川田 隆洋 独立行政法人農業生物資源研究所, 乾燥耐性研究ユニット, 主任研究員 (60414900)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2011年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2010年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2009年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: タンパク質 / 核酸の構造 / 動態 / 機能 / LEAタンパク質 / トレハロース / 乾燥耐性 / 水 / 細胞膜 / 巨大リポソーム / 凝集抑制 / 幹燥耐性 / ガラス状態

研究概要

ネムリユスリカをはじめとする生物の極限乾燥耐性の分子機構として、1) LEAタンパク質の乾燥誘導構造化(αへリックスコイルドコイル形成)とガラス化状態におけるトレハロースとの相乗効果(鉄筋コンクリートモデル)、2) LEAタンパク質のイオンスキャベンジャー効果とタンパク質凝集抑制効果、が重要であることが判明した。また、トレハローストランスポーターの立体構造モデリングを実行し、輸送機構について知見を得た。

研究成果

• [雑誌論文] トレハロースと水の相互作用が織りなす細胞保護機能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 櫻井実
  • 雑誌名: 低温生物工学会誌 巻: 57 ページ: 41-51
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子動力学シミュレーションを用いたGroup3LEAペプチドのタンパク質凝集抑制機能の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山川賢太郎, 古木隆生, 櫻井実
  • 雑誌名: 低温生物工学会誌 巻: 57 ページ: 143-146
  • NAID: 10030865619
  • 査読あり
• [雑誌論文] グループ3LEAタンパク質の22-merモデルペプチドが示すタンパク質凝集抑制効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古木隆生, 清水天平, S. Charkrabortee, 畑中理恵, 高橋剛, 黄川田隆洋, 奥田隆, 三原久和, A. Tunnacliffe, 櫻井実
  • 雑誌名: 低温生物工学会誌 巻: 57 ページ: 139-142
  • NAID: 110009457797
  • 査読あり
• [雑誌論文] ネムリユスリカ由来の細胞保護タンパク質の機能と低分子ペプチドによる代替 (2011)
  • 著者名/発表者名: 畑中理恵, 古木隆生, 櫻井実, 黄川田隆洋
  • 雑誌名: BIO INDUSTRY 巻: 28 ページ: 43-48
• [雑誌論文] Experimental and theoretical study on the intermolecular complex formation between trehalose and benzene compounds in aqueous solution (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sakakura, A. Okabe, K. Oku, M. Sakurai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 11 ページ: 9823-9830
  • 査読あり
• [雑誌論文] Salt Effects on the Structural and Thermodynamic Properties of a Group 3 LEA Protein Model Peptide (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Furuki, T. Shimizu, T. Kikawada, T. Okuda, M. Sakurai
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 50 ページ: 7093-7103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental and Theoretical Study on the Intermolecular Complex Formation Between Trehalose and Benzene Compounds (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sakakura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 115 号: 32 ページ: 9823-9830
  • DOI: 10.1021/jp2037203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computer simulation on interactions between trehalose and diene in aqueous solution (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Sakakura, K. Oku, M. Sakurai
  • 雑誌名: Cryobiol. Cryotech. 巻: 56 ページ: 173-178
  • NAID: 110008662307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Model Study of the Desiccation-induced Vitrification of Group-3 Late Embrogenesis Abundant Proteins (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Furuki, T. Shimizu, T. Takahashi, H. Mihara, T. Kikawada, T. Okuda, M. Sakurai
  • 雑誌名: Cryobiol. Cryotech. 巻: 56 ページ: 51-54
  • NAID: 110008662281
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis for Dehydrated LEA Proteins of Polypedilum vanderplanki by Replica Exchange Molecular Dynamics Simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Miyama, T. Shimizu, Y. Kanamori, T. Furuki, T. Kikawada, T. Okuda, M. Sakurai
  • 雑誌名: Cryobiol. Cryotech. 巻: 56 ページ: 27-30
  • NAID: 110008662287
  • 査読あり
• [雑誌論文] Desiccation-Induced Structuralization and Glass Formation of Group 3 Late Embryogenesis Abundant Protein Model Peptides (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Shimizu, Y. Kanamori, T. Furuki, T. Kikawada, T. Okuda, T. Takahashi, H. Mihara, M. Sakurai
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 49 ページ: 1093-1104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computer simulation on interactions between trehalose and diene in aqueous solution (2010)
  • 著者名/発表者名: Sakakura, K., Oku, K., Sakurai, M.
  • 雑誌名: Cryobiol.Cryotech. 巻: 56 ページ: 173-178
  • NAID: 110008662307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Desiccation-Induced Structuralization and Glass Formation of Group 3 Late Embryogenesis Abundant Protein Model Peptides (2010)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, T., Kanamori, Y., Furuki, T., Kikawada, T., Okuda, T., Takahashi, T., Mihara, H., Sakurai, M.
  • 雑誌名: Biochemistry 49 ページ: 1093-1104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis for Dehydrated LEA Proteins of Polypedilum vanderplanki by Replica Exchange Molecular Dynamics Simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Miyama, S., Shimizu, T., Kanamori, Y., Furuki, T., Kikawada, T., Okuda, T., Sakurai, M.
  • 雑誌名: Cryobiol.Cryotech. 56 ページ: 27-30
  • NAID: 110008662287
  • 査読あり
• [雑誌論文] Model Study of the Desiccation-induced Vitrification of Group-3 Late Embrogenesis Abundant Proteins (2010)
  • 著者名/発表者名: Furuki, T.Shimizu, T., Takahashi, T., Mihara, H., Kikawada, T., Okuda, T., Sakurai, M.
  • 雑誌名: Cryobiol.Cryotech. 56 ページ: 51-54
  • NAID: 110008662281
  • 査読あり
• [学会発表] 計算機シミュレーションから分かったトレハロースの水和特性とトレハロース-タンパク質間相互作用の新しい描像 (2011)
  • 著者名/発表者名: 櫻井実
  • 学会等名: トレハロースシンポジウム
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-04
• [学会発表] LEAタンパク質のモデルペプチドが示す分子構造及びガラス転移の含水率依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古木隆生,清水天平,黄川田隆洋,奥田隆,櫻井実
  • 学会等名: 第37回熱測定討論会
  • 発表場所: 桐生
• [学会発表] トレハロースと水の相互作用が織りなす細胞保護機能 (2011)
  • 著者名/発表者名: 櫻井実
  • 学会等名: 第56回低温生物工学会年会
  • 発表場所: 盛岡
• [学会発表] グループ3LEAタンパク質の22merモデルペプチドが示すタンパク質凝集抑制効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山川賢太郎,古木隆生,櫻井実
  • 学会等名: 第56回低温生物工学会年会
  • 発表場所: 盛岡
• [学会発表] Effects of group 3 LEA model peptides on desiccation-induced protein aggregation (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Furuki, T. Shimizu, S. Chakrabortee, R. Hatanaka, T. Kikawada, T. Okuda, A. Tunnacliffe, M. Sakurai
  • 学会等名: 4th International Symposiun on the Environmental Physiology of Ectotherms & Plants
  • 発表場所: Rennes, France
• [学会発表] Effects of group 3 LEA model peptides on desiccation-induced protein aggregation (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Furuki, T.Shimizu, S.Chakrabortee, R.Hatanaka, T.Kikawada, T.Okuda, A.Tunnacliffe, M.Sakurai
  • 学会等名: 4th International Symposiun on the Environmental Physiology of Ectotherms & Plants
  • 発表場所: Rennes、France
• [学会発表] 分子動力学シミュレーションを用いたGroup3LEAペプチドのタンパク質凝集抑制機能の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山川賢太郎, 古木隆生, 櫻井実
  • 学会等名: 第56回低温生物工学会年会
  • 発表場所: 盛岡
• [学会発表] トレハロースと水の相互作用が織りなす細胞保護機能 (2011)
  • 著者名/発表者名: 櫻井実
  • 学会等名: 第56回低温生物工学会年会
  • 発表場所: 盛岡(招待講演)
• [学会発表] 水溶液中におけるトレハロースとジエンの相互作用に関する計算機シミュレーション (2010)
  • 著者名/発表者名: 坂倉耕太,奥和之,櫻井実
  • 学会等名: 第55回低温生物工学会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2010-06-26
• [学会発表] Molecular dynamics simulation study on trehalose-benzene interactions in aqueous solution (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Okabe, K. Oku, K. Sakakura, S. Fukuda, and M. Sakurai
  • 学会等名: Pacifichem 2010 Congress
  • 発表場所: ホノルル
• [学会発表] モデルペプチドを用いたLEA(Late Embryogenesis Abundant)タンパク質の分子構造とガラス化に与える塩濃縮効果の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 古木隆生,清水天平,黄川田隆洋,奥田隆,高橋剛,三原久和,櫻井実
  • 学会等名: 第46回熱測定討論会
  • 発表場所: 三重大学
• [学会発表] モデルペプチドを用いたLEA (Late Embryogenesis Abundant)タンパク質の分子構造とガラス化に与える塩濃縮効果の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 古木隆生、清水天平、黄川田隆洋、奥田隆、高橋剛、三原久和、櫻井実
  • 学会等名: 第46回熱測定討論会
  • 発表場所: 三重大学
• [学会発表] トレハロースの水和構造と抗酸化作用に関する計算機シミュレーション (2009)
  • 著者名/発表者名: 坂倉耕太、櫻井実
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: アスティ徳島(徳島)
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] Model Study of the Desiccation-induced Vitrification of Group-3 Late Embryogenesis Abundant Proteins (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Furuki, T.Shimizu, T.Kikawada, T.Okuda, T.Takahashi, H.Mihara, M.Sakurai
  • 学会等名: 3rd International Symposium on the Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • 発表場所: 筑波 国際会議場
  • 年月日: 2009-08-26
• [学会発表] Structural analysis for dehydrated LEA proteins of Polypedilum vanderplanki by replica exchange molecular dynamics simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Miyama, T.Shimizu, T.Furuki, Y.Harano, Y.Kanamori, T.Kikawada, T.Okuda, M.Sakurai
  • 学会等名: 3rd International Symposium on the Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • 発表場所: 筑波 国際会議場
  • 年月日: 2009-08-24
• [学会発表] Three-dimensional structure and dynamics of trehalose transporter TRET1 in Polypedilum vandeplanki as revealed by computer simulations (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Okawa, T.Kikawada, Okuda, M.Sakurai
  • 学会等名: 3rd International Symposium on the Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • 発表場所: 筑波 国際会議場
  • 年月日: 2009-08-24
• [学会発表] Salt Effects on the Conformational Structure of LEA Protein from Polypedilum vanderplanki and of Its Model Peptide. (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Furuki, .Shimizu, M.Miyazawa, T.Kikawada, T.Okuda, M.Sakurai
  • 学会等名: 3rd International Symposium on the Environmental Physiology of Ectotherms and Plants
  • 発表場所: 筑波 国際会議場
  • 年月日: 2009-08-24
• [学会発表] Three-dimensional structure and dynamics of trehalose transporter TRET1 in Polypedilum vandeplanki as revealed by computer simulations (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Okawa, T. Kikawada,. Okuda, M. Sakurai
  • 学会等名: CRYO 2009(46^<th> Annual meeting of the society for cryobiology)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-07-22
• [学会発表] Model Study of the Desiccation-induced Vitrification of Group-3 Late Embryogenesis Abundant Proteins (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Furuki, T. Shimizu, T. Kikawada, T. Okuda, T. Takahashi, H. Mihara, and M. Sakurai
  • 学会等名: CRYO 2009(46^<th> Annual meeting of the society for cryobiology)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-07-22
• [学会発表] Salt Effects on the Conformational Structure of LEA Protein from Polypedilum vanderplanki and of Its Model Peptide (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Furuki, T. Shimizu, M. Miyazawa, T. Kikawada, T. Okuda, M. Sakurai
  • 学会等名: CRYO 2009(46^<th> Annual meeting of the society for cryobiology)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-07-22
• [学会発表] Salt Effects on the Conformational Structure of LEA Protein from Polypedilum vanderplanki and of Its Model Peptide. (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Furuki, T.Shimizu, M.Miyazawa, T.Kikawada, T.Okuda, M.Sakurai
  • 学会等名: CRYO 2009 (46^<th> Annual meeting of the society for cryobiology)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-07-22
• [学会発表] Model Study of the Desiccation-induced Vitrification of Group-3 Late Embryogenesis Abundant Proteins (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Furuki, T.Shimizu, T.Kikawada, T.Okuda, T.Takahashi, H.Mihara, M.Sakurai
  • 学会等名: CRYO 2009 (46^<th> Annual meeting of the society for cryobiology)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-07-20
• [学会発表] Three-dimensional structure and dynamics of trehalose transporter TRET1 in Polypedilum vandeplanki as revealed by computer simulations (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Okawa, T.Kikawada, .Okuda, M.Sakurai
  • 学会等名: CRYO 2009 (46^<th> Annual meeting of the society for cryobiology)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-07-20
• [学会発表] Structural analysis for dehydrated LEA proteins of Polypedilum vanderplanki by replica exchange molecular dynamics simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Miyama, T. Shimizu, T. Furuki, Y. Harano, Y. Kanamori, T. Kikawada, T. Okuda and M. Sakurai
  • 学会等名: CRYO 2009(46^<th> Annual meeting of the society for cryobiology)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-07-19
• [学会発表] Structural analysis for dehydrated LEA proteins of Polypedilum vanderplanki by replica exchange molecular dynamics simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Miyama, T.Shimizu, T.Furuki, Y.Harano, Y.Kanamori, T.Kikawada, T.Okuda, M.Sakurai
  • 学会等名: CRYO 2009 (46^<th> Annual meeting of the society for cryobiology)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-07-19
• [学会発表] レプリカ交換MDシミュレーションによるLEA蛋白質由来22残基ポリペプチドの構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 三山祥平,清水天平,原野雄一,櫻井実
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 熊本全日空ホテル
  • 年月日: 2009-05-21