Bioprotective mechanism of trehalose on its interaction with water molecules

本年度は0.5~50 GHzをカバーするベクトルネットワークアナライザー、ならびペルチェ素子ユニットを組み込むことで温度調整が可能なサンプルチャンバーを導入したことで、-20~90℃にわたってマイクロ波帯の誘電分光を行うことができるようになった。これによって、これまでに構築していたミリ波分光システム、テラヘルツ波分光システム、赤外分光システムと組み合わせることで、幅広い温度域において周波数範囲6桁（0.5 GHz~230 THz）に及ぶ“超”広帯域分光スペクトルをギャップレスに測定することが可能になった。そしてこの超広帯域測定系を用いて、トレハロースとタンパク質（アルブミン）を含む水溶液中の分光測定・解析を実施し、トレハロースがどのようにタンパク質の機能を保護しているのかを明らかにする研究を行なった。タンパク質は周囲を水和水に取り囲まれることで特有の高次構造を維持しているものの、温度などの周辺環境が大きく変化するとタンパク質－水和水の相互作用も変化することでタンパク質の変性を引き起こしてしまう。本研究では、トレハロースはタンパク質を取り巻く水和水の揺らぎを抑えることで、結果的にタンパク質の構造自体を安定化させているという描像が明らかになった。これは、トレハロースはタンパク質に対して直接的に生体保護機能を発揮しているのではなく、トレハロースは“水を介して”タンパク質を保護していることを示している。また、グリセロールもトレハロースと同様に生体保護機能を示す低分子であることが知られているものの、上述した水和水の揺らぎを抑える効果はトレハロースがグリセロールに勝っていることもわかった。

本年度は0.5~50 GHzをカバーするベクトルネットワークアナライザー、ならびペルチェ素子ユニットを組み込むことで温度調整が可能なサンプルチャンバーを導入したことで、-20~90℃にわたってマイクロ波帯の誘電分光を行うことができるようになった。これによって、これまでに構築していたミリ波分光システム、テラヘルツ波分光システム、赤外分光システムと組み合わせることで、幅広い温度域において周波数範囲6桁（0.5 GHz~230 THz）に及ぶ“超”広帯域分光スペクトルをギャップレスに測定することが可能になった。そしてこの超広帯域測定系を用いて、トレハロースとタンパク質（アルブミン）を含む水溶液中の分光測定・解析を実施し、トレハロースがどのようにタンパク質の機能を保護しているのかを明らかにする研究を行なった。タンパク質は周囲を水和水に取り囲まれることで特有の高次構造を維持しているものの、温度などの周辺環境が大きく変化するとタンパク質－水和水の相互作用も変化することでタンパク質の変性を引き起こしてしまう。本研究では、トレハロースはタンパク質を取り巻く水和水の揺らぎを抑えることで、結果的にタンパク質の構造自体を安定化させているという描像が明らかになった。これは、トレハロースはタンパク質に対して直接的に生体保護機能を発揮しているのではなく、トレハロースは“水を介して”タンパク質を保護していることを示している。また、グリセロールもトレハロースと同様に生体保護機能を示す低分子であることが知られているものの、上述した水和水の揺らぎを抑える効果はトレハロースがグリセロールに勝っていることもわかった。