Antifreeze proteins and glycoproteins [AF(G)Ps] constitute a group of proteins that lower the freezing but not the melting points of aqueous solutions, enabling polar and north-temperate fish to survive in ice-laden environments. However, little is known about antifreeze activity in temperate fish; such work would extend our knowledge on the functions and evolution of AF(G)Ps. In the present study, we screened for antifreeze activity in temperate fish caught off the coast of Jumunjin ($37.89^{\circ}N$), Gangneung, Korea. Thermal hysteresis (TH) and the ability to inhibit ice recrystallization (IR) in blood, liver, and muscle samples from nine fish were examined to assess antifreeze activity. As the East Sea off the coast of Jumunjin is ice-free year round, we thought it most unlikely that the fish would express antifreeze proteins. Surprisingly, the blood of Pleurogrammus azonus and three types of tissue from Gymnocanthus herzensteini, Zoarces gilli and Kareius bicoloratus exhibited measurable TH values together with the ability to trigger characteristic morphological changes in ice crystals. Blood samples from the three species also evidenced ice recrystallization (IR) inhibition. This implies that AF(G)Ps or other antifreeze-like substances are present in temperate fish even under nonfreezing conditions. These results contribute to our understanding of the functions and origins of antifreeze activity in fish.
In order to measure an antifreezing tolerance, antifreeze proteins accumulated upon cold acclimation in apoplast were analyzed. As Dongborilho were cold-acclimated for 3 to 74 days there was an abrupt increase in apoplastic proteins up to 30 days and then decrease to the similar levels. Among the known antifreeze proteins, CLP produced in E. coli. and TLP purified from apoplast were used to generate antisera that allow to measure and localize the proteins in leaves of barley. The CLP of 27.7 kDa and TLPs of 6, 26, 27, 30, and 31 kDa were increased in their amounts in apoplast as cold treatment being longer. There was a correlation among the amounts of those proteins accumulated in apoplast and freezing tolerance as shown in field and ion leakage tests for five cultivars. The deposit of CLP was localized in the marginal area and the area adjacent to leaf vescular bundle cells in an increasing manner according to duration of cold acclimation but no variation was observed in terms of it's distribution. Based on the close correlation between levels of antifreeze proteins and degrees of freezing tolerance, the immunological methods was to develop to estimate a freezing tolerance in barley.
Freezing-resistant plants can survive subzero temperatures by withstanding extracellular ice formation. During cold acclimation, their leaves accumulate antifreeze proteins (AFPs) that are secreted into the apoplast and have the ability to modify the normal growth of ice crystals. Three barley, two wheat and two rye cultivars were grown under two different temperature regimes (20/16$^{\circ}C$ and 5/2$^{\circ}C$, day/night). Apoplastic proteins from winter cereals were separated by SDS-PAGE and detected with antisera to AFPs from winter rye. Apoplastic proteins accumulated to much higher levels in cold-acclimated (CA) leaves compared with nonacclimated (NA) ones in winter cereals. After cold acclimation, the protein concentration of apoplastic extracts increased significantly from 0.088 $mgmL^{-1}$ to 0.448 $mgmL^{-1}$, with about 5-fold increment. Also, the apoplastic protein content per gram leaf fresh weight in CA leaves ranged from 31 $\mu\textrm{g}$$(gFW)^{-1}$ to 120 $\mu\textrm{g}$$(gFW)^{-1}$ with an averaged value of 77 $\mu\textrm{g}$$(gFW)^{-1}$, and coefficients of variation of 54.9%. The CA leaves in Musketeer (a Canadian winter rye cultivar) showed the greatest AFPs and antifreeze activity followed by 'Geurumil' (a Korean winter wheat cultivar), and 'Dongbori l' (Korean facultative barley cultivar). The proteins secreted into the wheat leaf apoplast at CA condition were more numerous than those observed in winter rye, where two $\beta$-1,3-glucanase-like proteins (GLPs), two chitinase-like proteins (CLPs) and two thaumatin-like proteins (TLPs) accumulated during cold acclimation. The proteins in barley leaf apoplast at CA conditions were a little different from those in wheat leaves. The AFPs were various among and within species. More freezing-resistant cultivars had more clear and numerous bands than less freezing-resistant ones. The high determination coefficient ($R^2$ =91 %) between freezing resistance and AFPs per gram leaf fresh weight indicated that the amount of AFPs was highly related to freezing resistance in winter cereal crops.
Change of proteins was confirmed during low temperature acclimation of overwintering larva, and some biochemical characteristics of the induced antifreeze protein-1 (AFP-1) were investigated in Protaetia brevitarsis. As the freezing point depression by the action of induced AFPs, a considerable thermal hysteresis was observed in the haemolymph and in partially purified proteins. AFP-1 was purified from the cold acclimation larvae by ammonium sulfate precipitation ion exchange chromatography, gel permeation chromatography, and electroelution. The purified AFP-1 was determined to be a glycoprotein (approximately 320 kDa, pl 5.8) composed of a single type of subunit (80 kDa). The high contents of hydrophilic amino acids (Asp, Glu, Lys, Asn, Gln, Arg, Ser, Thr) were also confirmed, showing similarity with antifreeze proteins from other insects.
When plants are exposed to subfreezing temperatures ice crystals are forming within extracelluar space in leaves. The growth of ice crystal is closely related to the degree of freezing injury. It was shown that an antifreeze protein binds to an ice nucleator through hydrogen bonds to prevent growth of ice crystal and also reduces freezing damage. The antifreeze proteins in plants are similar to PR proteins but only the PR proteins induced upon cold acclimation were shown to have dual functions in antifreezing as well as antifungal activities. Three of the genes encoded for CLP, GLP, and TLP were isolated from barley and Kentucky bluegrass based on amino acid sequence revealed after purification and low temperature-inducibility as shown in analysis of the protein. The deduced amino acid of the genes cloned showed a signal for secretion into extracellular space where the antifreezing activity sup-posed to work. The western analysis using the antisera raised against the antifreeze proteins showed a positive correlation between the amount of the protein and the level of freeze tolerance among different cultivars of barely. Besides it was revealed that TLP is responsible for a freeze tolerance induced by a treatment of trinexapac ethyl in Kentucky bluegrass. Analysis of an overwintering wild rice, Oryza rufipogon also showed that an acquisition of freeze tolerance relied on accumulation of the protein similar to CLP. The more direct evidence for the role of CLP in freeze tolerance was made with the analysis of the transgenic tobacco showing extracellular accumulation of CLP and enhanced freeze tolerance measured by amount of ion leakage and rate of photosynthetic electron transport upon freezing. These antifreeze proteins genes will be good candidates for transformation into crops such as lettuce and strawberry to develop into the new crops capable of freeze-storage and such as rose and grape to enhance a freeze tolerance for a safe survival during winter.
Antifreeze proteins (AFPs) have ice binding affinity, depress freezing temperature and inhibit ice recystallization which protect cellular membranes in polar organisms. Recent structural studies of antifreeze proteins have significantly expanded our understanding of the structure-function relationship and ice crystal growth inhibition. Although AFPs (Type I-IV AFP from fish, insect AFP and Plant AFP) have completely different fold and no sequence homology, they share a common feature of their surface area for ice binding property. The conserved ice-binding sites are relatively flat and hydrophobic. For example, Type I AFP has an amphipathic, single ${\alpha}$-helix and has regularly spaced Thr-Ala residues which make direct interaction with oxygen atoms of ice crystals. Unlike Type I AFP, Type II and III AFP are compact globular proteins that contain a flat ice-binding patch on the surface. Type II and Type III AFP show a remarkable structural similarity with the sugar binding lectin protein and C-terminal domain of sialic acid synthase, respectively. Type IV is assumed to form a four-helix bundle which has sequence similarity with apolipoprotein. The results of our modeling suggest an ice-binding induced structural change of Type IV AFP. Insect AFP has ${\beta}$-helical structure with a regular array of Thr-X-Thr motif. Threonine residues of each Thr-X-Thr motif fit well into the ice crystal lattice and provide a good surface-surface complementarity. This review focuses on the structural characteristics and details of the ice-binding mechanism of antifreeze proteins.
Li, Zhengjun;Li, n Qingsong;Low Woon-Kai;Miao Megan;Hew Choy L.
Ocean and Polar Research
/
v.25
no.4
/
pp.607-615
/
2003
Many organisms are known to survive in icy environments. These include both over wintering terrestrial insects and plants as well the marine fish inhabiting high latitudes. The adaptation of these organisms is both a fascinating and important topic in biology. Marine teleosts in particular, can encounter ice-laden seawater that is approximately $1^{\circ}C$ colder than the colligative freezing point of their body fluids. These animals produce a unique group of proteins, the antifreeze proteins (AFPs) or antifreeze glycoproteins (AFGPs) that absorb the ice nuclei and prevent ice crystal growth. Presently, there are at least four different AFP types and one AFGP type that are isolated from a wide variety of fish. Despite their functional similarity, there is no apparent common protein homology or ice-binding motifs among these proteins, except that the surface-surface complementarity between the protein and ice are important for binding. The remarkable diversity of these proteins and their odd phylogenetic distribution would suggest that these proteins might have evolved recently in response to sea level glaciations just 1-2 million years ago in the northern hemisphere and 10-30 million years ago around Antarctica. Winter flounder, Pleuronectes americanus, has been used as a popular model to study the regulation of AFP gene expression. It has a built-in annual cycle of AFP expression controlled negatively by the growth hormone. The signal transduction pathways, transcription factors and promoter elements involved in this process have been studied in our laboratory and these studies will be presented.
Trinexapac-ethyl[ 4-(cyclopropyl- $\alpha$ -hydroxy-methylene)-3,5-dioxocyclohexane carboxylic acid ethylester] is a growth-retardant for plants by inhibiting a key step in biosynthesis of GA. A treatment of trinexapacethyl generally induces a reduction in vegetative growth and also inhibits heading. In addition, the trinexapacethyl was known to enhance the freeze-tolerance in annual bluegrass, however, the mechanism is not known yet. One possible reason for the enhanced freeze-tolerance may be the antifreeze protein known to be accumulated in intercellular space of the leaf during cold acclimation. In order to see the possible in-duction of the synthesis of antifreeze proteins by trinexacpacethyl, the apoplastic proteins extracted from Kentucky bluegrass treated with trinexapacethyl were analyzed by SDS-PAGE and the presence of the antifreeze protein was observed. In addition, western analysis showed the identity of the protein induced by both a cold acclimation and a trinexapacethyl treatment. It appears that an enhanced freeze-tolerance of the turf grass by trinexapacethyl is due to the synthesis and/or accumulation of the antifreeze protein similar to the enhanced freeze tolerance induced by cold acclimation.
In order to identify an antifreeze proteins responsible for freeze-tolerance in barley the proteins accumulated in extracellular space during cold acclimination were extracted and analyzed. After 42 days cold treatment there were several proteins sized of 70, 21, 16, 14 KDa increased in their amount accumulated in extracellular space. In addition, continuously sized polypeptides smaller than 10 KDa were found to be increased in their amount as cold treatment prolongs. Since these proteins were not detectable in total leaf protein extract it appears that the procedure used to isolate extracellular extract was valid. A similarity in profile of the extracellular proteins isolated from barley and rye may indicate a possibility for these proteins to be an antifreeze proteins since the same extract from rye was reported to show an antifreezing activity.
Kim, Min Kyung;Kong, Hyun Sun;Youm, Hye Won;Jee, Byung Chul
Clinical and Experimental Reproductive Medicine
/
v.44
no.1
/
pp.8-14
/
2017
Objective: The aim of this study was to analyze the effect of supplementing vitrification and warming solutions with two types of antifreeze proteins (AFPs) and the combination thereof on the follicular integrity of vitrified-warmed mouse ovaries. Methods: Ovaries (n=154) were obtained from 5-week-old BDF1 female mice (n=77) and vitrified using ethylene glycol and dimethyl sulfoxide with the supplementation of 10 mg/mL of Flavobacterium frigoris ice-binding protein (FfIBP), 10 mg/mL of type III AFP, or the combination thereof. Ovarian sections were examined by light microscopy after hematoxylin and eosin staining, and follicular intactness was assessed as a whole and according to the type of follicle. Apoptosis within the follicles as a whole was detected by a terminal deoxynucleotidyl transferase deoxyuridine triphosphate nick-end labeling assay. Results: The proportion of overall intact follicles was significantly higher in the type III AFP-supplemented group (60.5%) and the combination group (62.9%) than in the non-supplemented controls (43.8%, p<0.05 for each). The proportion of intact primordial follicles was significantly higher in the FfIBP-supplemented (90.0%), type III AFP-supplemented (92.3%), and combination (89.7%) groups than in the non-supplemented control group (46.2%, p<0.05 for each). The proportions of non-apoptotic follicles were similar across the four groups. Conclusion: Supplementation of the vitrification and warming solutions with FfIBP, type III AFP, or the combination thereof was equally beneficial for the preservation of primordial follicles in vitrified mouse ovaries.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.