アイスアフィニティー精製を用いた氷再結晶阻害とアイソレーションの評価による植物の氷結合タンパク質の同定

アイス結合タンパク質（IBPS）は、植物^1、昆虫^2、魚^3、および微生物⁴を含む多くの生物で発見されている保護タンパク質の多様なファミリーです。これらのタンパク質の重要な特徴は、特異的かつ効率的に彼らの成長を修正、氷の結晶に吸着する独自の機能です。 IBPSは、いくつかの文書のプロパティを持つ2つの最もよく特徴付けられる熱ヒステリシス（TH）と氷再結晶化阻害（IRI）を有します。 TH活動がより容易に凍結不寛容な動物で生産さIBPSで観察されます。凍結を防ぐために、生物の循環又は間質液の凝固点の低下のこの活性は、結果。これとは対照的に、必然的に氷点下の温度で凍結する凍結耐性の生物では、IBPSが低いTH活性を有すると思われます。低TH活動にもかかわらず、高IRIの活動は、氷の叫びを制限しますスタル成長は、多くの場合、これらのタンパク質で観察されます。凍結耐性の生物の場合、このIRIの活動は、おそらく外区画中の氷の制御不能な成長から細胞を保護するのに役立ちます。

「マットレスボタン」モデルはIBPS氷結晶⁵の成長を防止するメカニズムを説明するために使用することができます。このモデルでは、IBPSは、具体的には水分子のみバウンドIBPSの間の空間に成長する氷の結晶格子と組み込むことができるように、間隔を置いて氷結晶表面に吸着します。これは、追加の水の分子の取り込みが不利になり、曲率、ギブズ-トムソン効果⁶によって説明することができるイベントを作成します。アンカー包接水仮説は、氷の結晶の表面にIBPSの特異的結合のための機構を提供することにより、REO中の特異的にタンパク質氷結合部位に位置する荷電残基の存在は、結果水分子のrganizationので、氷の結晶格子⁷の一つ以上の面を一致させます。

TH活性は、溶融の間の差を測定し、IBPの存在下で単氷結晶の温度を凍結することによって定量することができます。 TH活性はIBPS、（程度の典型的には一部のみ）植物IBPSによって生成ローTHギャップの活性を評価する広く受け入れられている方法であるが、通常は、高タンパク質濃度、特殊な装置やオペレータの経験を必要とします。非IBPS氷結晶成長を制限することができるが、それはすべてのIBPSによって共有性であり、したがって、IRI活性について試験することは、特に低TH活性を有するものについて、IBPSの存在のために有効な初期画面です。この活性を試験するために使用される方法は、タンパク質試料がフラッシュするかどうかを決定するための時間の期間にわたって観察される小さな氷結晶の単分子層を生成するために凍結させる「スプラットアッセイ」として知られています氷の結晶の成長が制限されています。 IBPSの存在のソース組織試料をスクリーニングするために使用される他の方法とは異なり、この技術は10〜100 ngの範囲で低タンパク質濃度にも適用することが、容易に製作装置を利用し、迅速かつ容易に解釈されるデータを生成します。しかし、このアッセイはTHの決意と氷晶成形によって従うべきIBPSの初期画面を提供することを強調することが重要です。

天然タンパク質の単離は、多くの場合、目的のタンパク質の構造的および生化学的特性に関する情報を必要とする、困難です。氷のためのIBPSの親和性は、精製目的のための基質として氷を使用して、これらのタンパク質の単離を可能にします。分子の大部分は、大quantitを欠いて、氷の結晶の成長、高度に精製された試料中のIBPサンプル結果の存在下で氷半球の遅い成長中に先に氷 – 水境界に押されているのでタンパク質および溶質を汚染するIES。この方法は、昆虫^{8、9、10、11}の細菌、魚¹²および植物^13、14からIBPSを同定するために使用されてきました。また、この方法によって達成IBP富む画分はまた、下流の生化学的分析のために使用することができます。本稿では、タンパク質の存在、および氷アフィニティー精製を用いてタンパク質の単離を確認するIBPS、IRI活性の分析の誘導および抽出により植物におけるIBPSの識別を概説します。