メチル水銀によるＳ－水銀化を介した心血管系障害

• Project/Area Number: 12J03394
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Risk sciences of radiation/Chemicals
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 外山 喬士 東京理科大学, 薬学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: メチル水銀 / 心不全 / 心血管系疾患 / ミトコンドリア障害 / Drp1 / 共有結合 / S-水銀化

Outline of Annual Research Achievements

近年の疫学調査から低濃度のメチル水銀 (MeHg) の人体への蓄積と心疾患リスクとの関与が指摘されているが、その機序は不明である。昨年度までの申請者の研究結果から、MeHgは心疾患のイニシエーターというよりもプロモーターとして関与することが示唆されており、そのメカニズムとしてミトコンドリア形態異常の関与が予想された。最終年度である本年度は、この仮説を軸に、心筋においてMeHgが引き起こすミトコンドリア分裂の機構と心不全亢進のメカニズムに関して検討を行った。
MeHg (10 ppm) を10日間自由飲水投与したマウスの心臓を電子顕微鏡により観察した結果、ミトコンドリア小胞化の亢進が示された。ミトコンドリアの小胞化 (分裂) にはDrp1の活性化が重要であり、そのCysの修飾 (S-水銀化) がMeHgによる活性化のトリガーとなることは昨年度に報告した通りであるが、実際にDrp1が活性化しているかは不明であった。そこでGTP-agaroseによるプルダウンアッセイにより、その活性化を検討したところ、NRCMおよびin vivoにおいてMeHgによるDrp1の有意な活性化が示された。MeHgによるS-水銀化の標的部位をMALDI-TOF/MSにより同定したところ、Cys624であることが明らかとなった。GFPタグ付きのDrp1のCys624のSer異体を作成しHela細胞に発現させ、MeHgによる多量体化を観察した結果、本変異体では多量体化が起こらないことが判明した。以上より、MeHgはDrp1のCys624をS-水銀化することで活性化し、ミトコンドリアの小胞化を引き起こすことを見出した。また、Drp1の阻害剤であるMdivi-1を処置した細胞では、ミトコンドリアの小胞化が抑制さると同時に、MeHgによる圧負荷による細胞死は低下した。以上、本研究から、MeHgは心筋中のDrp1のCys624と結合することで、ミトコンドリアの分裂を誘導し、それによって圧感受性が高まった結果、心疾患のプロモーターとして心不全に寄与することが世界に先駆けて明らかとなった

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Correlation Between Attenuation of Protein Disulfide Isomerase Activity Through S-Mercuration and Neurotoxicity Induced by Methylmercury. (2015)
  • Author(s): Makino K, Okuda K, Sugino E, Nishiya T, Toyama T, Iwawaki T, Fujimura M, Kumagai Y, Uehara T.
  • Journal Title: Neurotox Res Volume: 27 Issue: 2 Pages: 99-105
  • DOI: 10.1007/s12640-014-9494-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Establishment of a novel therapeutic strategy for heart failure based on the mechanism underlying maintenance of redox homeostasis by reactive sulfur species. (2014)
  • Author(s): Nishida M, Toyama T, Kumagai Y, Numaga-Tomita T
  • Journal Title: Yakugaku Zasshi Volume: 134 Pages: 1239-1243
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Endogenous neurotoxic dopamine derivative covalently binds to Parkinson's disease-associated ubiquitin C-terminal hydrolase L1 and alters its structure and function. (2014)
  • Author(s): Contu VR, Kotake Y, Toyama T, Okuda K, Miyara M, Sakamoto S, Samizo S, Sanoh S, Kumagai Y, Ohta S.
  • Journal Title: J Neurochem. Volume: 130 Issue: 6 Pages: 826-838
  • DOI: 10.1111/jnc.12762
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification and quantification of in vivo metabolites of 9,10-phenanthrenequino ne in human urine associated with producing reactive oxygen species (2014)
  • Author(s): Asahi M, Kawai M, Toyama T, Kumagai Y, Chuesaard T, Tang N, Kameda T. Havakawa K and Toriba A
  • Journal Title: Chem Res Toxicol Volume: 27(1) Issue: 1 Pages: 76-85
  • DOI: 10.1021/tx400338t
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of 8-nitro-cGMP and its redox regulation in cardiovascular electrop hilic signaling (2014)
  • Author(s): Nishida M, Toyama T and Akaike T
  • Journal Title: J Mol Cell Cardiol Volume: (In press) Pages: 10-17
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2014.02.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Convenient method to assess chemical modification of protein thiols by I electronhilic metals (2014)
  • Author(s): Toyama T, Shinkai Y, Yazawa A, Kakehashi H, Kaji T and Kumagai Y.
  • Journal Title: Chem Biol Interact Volume: (In press) Pages: 41-48
  • DOI: 10.1016/j.cbi.2014.02.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A convenient method to assess chemical modification of protein thiols by electrophilic metals (2013)
  • Author(s): Toyama T, Shinkai Y, Kaji T and Kumagai Y.
  • Journal Title: The Journal of Toxicological Sciences Volume: 38 Issue: 3 Pages: 477-484
  • DOI: 10.2131/jts.38.477
  • NAID: 10031158913
  • ISSN: 0388-1350, 1880-3989
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of the Keap1/Nrf2 pathway in the cellular response to methylmercury (2013)
  • Author(s): Kumagai Y, Kanda H, Shinkai Y and Toyama T
  • Journal Title: Oxid Med Cell Loneev Volume: (Online) Pages: 848279-848279
  • DOI: 10.1155/2013/848279
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] S-Mercuration of rat sorbitol dehydrogenase by methylmercury causes its aggregation and the release of the zinc ion from the active site (2012)
  • Author(s): Hironori Kanda, Takashi Toyama, Azusa Shinohara-Kanda, Akihiro Iwamatsu, Yasuhiro Shinkai, Toshiyuki Kaji, Makoto Kikushima, Yoshito Kumagai
  • Journal Title: Achieves of Toxicology Volume: 86 Issue: 11 Pages: 1693-1702
  • DOI: 10.1007/s00204-012-0893-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Inactivation of Dynamin-related protein1 underlies cardiomyocyte senescence in peri-infarct myocardial regions (2015)
  • Author(s): Takashi Toyama, Naoyuki Kitajima, Akiyuki Nishimura, Takuro Numaga-Tomita, and Motohiro Nishida
  • Organizer: 第88回日本薬理学会学術年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] メチル水銀による心臓リスク増大の分子メカニズム (2014)
  • Author(s): 外山 喬士、熊谷 嘉人、鍜冶 利幸、赤池 孝章、西田 基宏
  • Organizer: フォーラム2014 衛生薬学・環境トキシコロジー
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2014-09-19 – 2014-09-20
• [Presentation] 活性硫黄によるタンパク質翻訳後修飾の新たな制御機構 (2014)
  • Author(s): 外山喬士、北島直幸、西村明幸、西田基宏
  • Organizer: 新潟脳研-生理研合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 自然科学研究機構 生理学研究所
  • Year and Date: 2014-02-25
• [Presentation] 親電子シグナルを機軸とした心筋レドックス恒常性制御基盤の構築と心不全治療への応用 (2013)
  • Author(s): 外山喬士、西田基宏
  • Organizer: 第23回日本循環薬理学会
  • Place of Presentation: 福岡大学
  • Year and Date: 2013-12-05
  • Invited
• [Presentation] Transfiguration of redox homeostasis by methylmercury and development of its therapeutic strategy (2013)
  • Author(s): Takashi Toyama, Yoshito Kumagai, Motohiro Nishida
  • Organizer: The 3rd NIPS-CIN Joint Symposium
  • Place of Presentation: 自然科学研究機構 生理学研究所
  • Year and Date: 2013-10-10
• [Presentation] グルタチオンによるユビキチンC末端加水分解酵素L1の親電子修飾の可逆性 (2013)
  • Author(s): 外山喬士、矢澤亜希、鍛冶利幸、熊谷嘉人
  • Organizer: フォーラム2013 衛生薬学・環境トキシコロジー
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2013-09-13
• [Presentation] A convenient method to detect covalent modification of protein thiols by env ironmental electrophiles (2013)
  • Author(s): Takashi Toyama, Toshiyuki Kaji, Yoshito Kumagai
  • Organizer: ICT 2013 The XIII International Congress of Toxicology
  • Place of Presentation: 韓国、COEX Mall
  • Year and Date: 2013-07-01
• [Presentation] メチル水銀による細胞内鍵分子のS-水銀化に起因する未知シグナル伝達経路の探索 (2012)
  • Author(s): 外山喬士、鍛冶利幸、熊谷嘉人
  • Organizer: 平成24年度メチル水銀・カドミウム研究ミーティング
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-12-19
• [Presentation] グルタチオンは1, 2-NQによるUCH-L1の化学修飾をS-トランスアリール化により解除する (2012)
  • Author(s): 外山喬士、矢澤亜紀、三浦高、掛橋秀直、片山祐子、鍛冶利幸、熊谷嘉人
  • Organizer: 第39回日本毒性学会学術年会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] メチル水銀のS-水銀化を介したPI3K/Akt/CREBシグナル伝達の模倣および撹乱 (2012)
  • Author(s): 外山喬士、上原孝、鍛冶利幸、熊谷嘉人
  • Organizer: フォーラム2012 : 衛生薬学・環境トキシコロジー
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] メチル水銀によるPTENのS-水銀化を介したPI3K/Akt/CREBシグナル伝達の制御 (2012)
  • Author(s): 外山喬士、上原孝、西田基宏、鍛冶利幸、熊谷嘉人
  • Organizer: 第85回生化学会大会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] Glutathione Releases S-arylation of Ubiquitin Carboxyl-terminal Hydrolase L1 by 1, 2-naphthoquinone ; Evidence for S-transarylation Reaction. (2012)
  • Author(s): Takashi Toyama, Aki Yazawa, Takashi Miura, Hidenao Kakehashi, Yuko Katayama, Toshiyuki Kaji and Yoshito Kumagai
  • Organizer: The 6th International Congress of Asian Society of Toxicology
  • Place of Presentation: 仙台