氷と細胞に結合する天然多機能性タンパク質の分子メカニズム解明

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氷結晶結合タンパク質(IBP)は0℃以下で氷に結合して発揮する不凍機能と、0℃以上で細胞に結合して発揮する細胞保護機能の2つの機能を有する。しかし、これらの2つの機能にどのような関連性があるのか、分子レベルの詳細な研究は行われていない。本研究では、複数のIBPを用いて細胞保護機能を網羅的に測定し、詳細な分子メカニズムの解明に挑むことを目的とした。これまでに、IBPの非凍結細胞保護機能が様々な細胞に対して報告されてきたが、それを不凍機能と関連付けるような報告はなかった。そこで本研究ではまず、魚や昆虫や微生物由来の様々な種類のIBPの細胞保護機能を調べた。その結果、ほぼ全てのIBPが細胞保護機能を発揮することが明らかになった。さらに氷結晶結合部位に1アミノ酸変位を導入した変異体を複数作製し、それらの細胞保護機能を測定する実験を行った。その結果、不凍機能と同様に、1アミノ酸の変異によって、細胞保護機能を大きく変化させることが可能であることが分かってきた。これらの結果は、氷結晶結合部位が細胞保護機能に何らかの寄与をしていることを意味する。さらに、この結果は強力な細胞保護機能を有するIBP変異体の創造が可能であることも示唆している。また、本研究の一環として、北極菌類由来のIBPの不凍機能解析も行い、論文として報告した(T. ARAI, et al. Scientific Reports, 2022, 12.1: 15443.)。本論文では、北極菌類IBPの不凍機能の強さとターゲットとなる氷結晶面の関係について詳細に調べた。これらの結果は、IBPのターゲット氷結晶面への選択性と、細胞吸着の相関を調べる上で非常に重要な示唆を与えると考えられる。