Study of the mechanism of electrophile signaling regulation by reactive persulfide species

• Project/Area Number: 15K20855
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: General physiology; General pharmacology
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: KASAMATSU Shingo 東北大学, 医学系研究科, 非常勤講師 (80738807)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 活性イオウ分子 / 親電子シグナル制御 / 酸化ストレス / 8-ニトロ-cGMP / メチル水銀 / 新電子シグナル / 活性イオウ分子種 / 活性酸素 / 神経細胞

Outline of Final Research Achievements

We investigated the mechanism of neurotoxicity induced by environmental electrophile methylmercury focusing on the signal regulatory function of reactive persulfide species. We found that methylmercury exposure to cells induced depletion of intracellular reactive persulfides and subsequently evoked abnormal activation of signaling pathway mediated by endogenous signaling molecule 8-nitro-cGMP to cause neuronal death. The results of this study will contribute to the elucidation of the mechanism of toxic effect by environmental chemicals and physiological function of reactive persulfide species.

Research Products

• [Int'l Joint Research] National Institute of Oncology(Hungary)
• [Int'l Joint Research] University of Southampton(英国)
• [Int'l Joint Research] Sonoma State University(米国)
• [Journal Article] Involvement of nitric oxide/reactive oxygen species signaling via 8-nitro-cGMP formation in 1-methyl-4-phenylpyridinium ion-induced neurotoxicity in PC12 cells and rat cerebellar granule neurons (2018)
  • Author(s): Masuda Kumiko、Tsutsuki Hiroyasu、Kasamatsu Shingo、Ida Tomoaki、Takata Tsuyoshi、Sugiura Kikuya、Nishida Motohiro、Watanabe Yasuo、Sawa Tomohiro、Akaike Takaaki、Ihara Hideshi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 495 Issue: 3 Pages: 2165-2170
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.12.088
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Redox regulation of electrophilic signaling by reactive persulfides in cardiac cells (2017)
  • Author(s): Nishida M, Nishimura A, Matsunaga T, Motohashi H, Kasamatsu S, Akaike T.
  • Journal Title: Free Radic Biol Med. Volume: 印刷中 Pages: 30033-3
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.01.024
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exposure to Electrophiles Impairs Reactive Persulfide-Dependent Redox Signaling in Neuronal Cells (2017)
  • Author(s): Ihara Hideshi、Kasamatsu Shingo、Kitamura Atsushi、Nishimura Akira、Tsutsuki Hiroyasu、Ida Tomoaki、Ishizaki Kento、Toyama Takashi、Yoshida Eiko、Abdul Hamid Hisyam、Jung Minkyung、Matsunaga Tetsuro、Fujii Shigemoto、Sawa Tomohiro、Nishida Motohiro、Kumagai Yoshito、Akaike Takaaki
  • Journal Title: Chem. Res. Toxicol Volume: 30 Issue: 9 Pages: 1673-1684
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.7b00120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics (2017)
  • Author(s): Akaike Takaaki、、、Nishida Motohiro（4）、、、、、、Fujii Shigemoto（20）、、、Motohashi Hozumi（26）
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1177-1177
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01311-y
  • NAID: 120007134656
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Superoxide generation from nNOS splice variants and its potential involvement in redox signal regulation (2017)
  • Author(s): Ihara H, Kitamura A, Kasamatsu S, Ida T, Kakihana Y, Tsutsuki H, Sawa T, Watanabe Y, Akaike T.
  • Journal Title: Biochem J Volume: 474 Issue: 7 Pages: 1149-1162
  • DOI: 10.1042/bcj20160999
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] レドックスシグナルの活性イオウ分子制御 (2017)
  • Author(s): 笠松真吾、守田匡伸、赤池孝章.
  • Journal Title: ファルマシア Volume: 53 Pages: 210-214
  • NAID: 130005398269
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein polysulfidation-dependent persulfide dioxygenase activity of ethylmalonic encephalopathy protein 1 (2016)
  • Author(s): Jung M, Kasamatsu S, Matsunaga T, Akashi S, Ono K, Nishimura A, Morita M, Abdul Hamid H, Fujii S, Kitamura H, Sawa T, Ida T, Motohashi H, Akaike T.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 480 Issue: 2 Pages: 180-186
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.10.022
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Redox signaling regulated by cysteine persulfide and protein polysulfidation (2016)
  • Author(s): Kasamatsu S, Nishimura A, Morita M, Matsunaga T, Abdul Hamid H, Akaike T.
  • Journal Title: Molecules Volume: 21 Issue: 12 Pages: 1721-1730
  • DOI: 10.3390/molecules21121721
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reactive sulfur species-modified protein thiols: new methods for polysulfurated protein analysis (2016)
  • Author(s): 笠松真吾、藤井重元、赤池孝章.
  • Journal Title: Folia Pharmacologica Japonica Volume: 147 Issue: 5 Pages: 299-302
  • DOI: 10.1254/fpj.147.299
  • NAID: 130005150953
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 活性イオウ分子種によるタンパク質チオール修飾: ポリスルフィド化タンパク質解析の最先端技法 (2016)
  • Author(s): 笠松真吾、藤井重元、赤池孝章
  • Journal Title: 日本薬理学雑誌 Volume: 147
  • NAID: 130005150953
• [Journal Article] 8-Nitro-cGMP Enhances SNARE Complex Formation through S-Guanylation of Cys90 in SNAP25 (2015)
  • Author(s): K. Kunieda, H. Tsutsuki, T. Ida, Y. Kishimoto, S. Kasamatsu, T. Sawa, N. Goshima, M. Itakura, M. Takahashi, T. Akaike, H. Ihara
  • Journal Title: ACS Chemical Neuroscience Volume: 6 Issue: 10 Pages: 1715-1725
  • DOI: 10.1021/acschemneuro.5b00196
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 活性イオウ分子による酸化・ニトロ化ストレス制御 (2015)
  • Author(s): 笠松真吾、井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • Journal Title: Respiratory Medical Research Volume: 3 Pages: 70-75
• [Presentation] アルコールデヒドロゲナーゼ5によるホルムアルデヒド代謝機構とタンパク質ポリスルフィド化による制御 (2018)
  • Author(s): 藤井重元、笠松慎吾、Md. Morshedul Alam、井田智章、守田匡伸、居原 秀、西村 明、松永哲郎、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第17回分子予防環境医学研究会
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPを介した細菌感染防御機構と硫化水素による制御 (2017)
  • Author(s): 笠松真吾、藤井重元、松永哲郎、シャザダ カーン、井田智章、小野勝彦、澤 智裕、赤池孝章.
  • Organizer: 第90回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター展示棟（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2017-03-19
• [Presentation] アルコールデヒドロゲナーゼ5の酵素活性制御におけるタンパク質ポリスルフィド化機能 (2017)
  • Author(s): 井田智章、笠松真吾、Md. Morshedul Alam、守田匡伸、居原 秀、西村 明、松永哲郎、藤井重元、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第17回日本NO学会学術集会
• [Presentation] 硫化水素代謝酵素Sqrdlの生体における機能解析 (2017)
  • Author(s): 守田匡伸、南嶋洋司、井田智章、松永哲郎、笠松真吾、西村 明、藤井重元、市瀬 史、赤池孝章.
  • Organizer: 第17回日本NO学会学術集会
• [Presentation] 酵母におけるシステインパースルフィド合成経路と生理的役割の解明 (2017)
  • Author(s): 西村 明、那須野 亮、松永哲郎、井田智章、笠松真吾、守田匡伸、藤井重元、高木博史、赤池孝章.
  • Organizer: 第17回日本NO学会学術集会
• [Presentation] 種横断的システインパースルフィド産生酵素：Cysteinyl-tRNA synthetase (2017)
  • Author(s): 西村 明、井田智章、赤司壮一郎、守田匡伸、松永哲郎、笠松真吾、藤井重元、赤池孝章.
  • Organizer: 2017年度生理学研究所研究会「オルガネラダイナミクスの新規制御機構とその病態生理」
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPとタンパク質poly-S-グアニル化を介した親電子シグナル制御 (2017)
  • Author(s): 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 2017年度生理学研究所研究会「オルガネラダイナミクスの新規制御機構とその病態生理」
• [Presentation] Sulfide Quinone reductase (SQR) 欠損マウスの作製とイオウ代謝解析 (2017)
  • Author(s): 守田匡伸、松永哲郎、井田智章、西村 明、笠松真吾、藤井重元、赤池孝章.
  • Organizer: 2017年度生理学研究所研究会「オルガネラダイナミクスの新規制御機構とその病態生理」
• [Presentation] 酵母におけるシステインパースルフィド合成経路とその生理的役割の解明 (2017)
  • Author(s): 西村 明、那須野 亮、松永哲郎、井田智章、笠松真吾、守田匡伸、藤井重元、高木博史、赤池孝章.
  • Organizer: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [Presentation] アルコールデヒドロゲナーゼ5タンパク質ポリスルフィド化の酵素活性制御機能 (2017)
  • Author(s): Jung Minkyung、西村 明、笠松真吾、Md. Morshedul Alam、井田智章、松永哲郎、藤井重元、居原 秀、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [Presentation] 硫化水素代謝酵素sulfide quinone reductaseの生体における機能解析 (2017)
  • Author(s): 守田匡伸、松永哲郎、井田智章、西村 明、笠松真吾、藤井重元、赤池孝章.
  • Organizer: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [Presentation] ニトロソグルタチオン還元酵素（GSNOR）選択的欠損マウスの開発 (2017)
  • Author(s): 松永哲郎、西村 明、笠松真吾、Md. Morshedul Alam、井田智章、守田匡伸、居原 秀、藤井重元、下田 翔、西田基宏、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] Reactive persulfide-dependent redox signaling in neuronal cells and its impairment by exposure to electrophiles (2017)
  • Author(s): Shigemoto Fujii, Hideshi Ihara, Shingo Kasamatsu, Akira Nishimura, Tomoaki Ida, Motohiro Nishida, Yoshito Kumagai, Takaaki Akaike.
  • Organizer: 8th Joint Meeting of Society for Free Radical Research Australasia and Japan with International Symposium on Coenzyme Q10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Translation-coupled protein polysulfuration, a unique biosynthesis pathway of cysteine persulfide (2016)
  • Author(s): S. Kasamatsu, T. Akaike, T. Ida, S. Fujii, H. Ihara and T. Sawa
  • Organizer: Gordon Research Conferences (2016) -Oxygen Radicals-
  • Place of Presentation: Ventura Beach Marriott (Ventura, CA, USA)
  • Year and Date: 2016-02-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulation of mechamisms of alcohol dehydrogenase 5 activity via protection polysulfuration (2016)
  • Author(s): Shingo Kasamatsu, Md. Morshedul Alam, Tomoaki Ida, Tetsuro Matsunaga, Shigemoto Fujii, Hideshi Ihara, Hozumi Motohashi, Takaaki Akaike.
  • Organizer: The 9th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
  • Place of Presentation: 仙台国際センター会議棟（仙台市青葉区）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] タンパク質ポリサルファ化によるアルコールデヒドロゲナーゼ5の新規酵素活性制御機構 (2016)
  • Author(s): 笠松真吾、Md. Morshedu Alam、井田智章、松永哲郎、藤井重元、居原 秀、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第69回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター会議棟（仙台市青葉区）
• [Presentation] アルコールデヒドロゲナーゼ5の酵素活性制御におけるタンパク質ポリサルファ化の機能 (2016)
  • Author(s): 笠松真吾、Alam Md. Morshedul、井田智章、松永哲郎、藤井重元、居原 秀、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス（仙台市青葉区）
• [Presentation] タンパク質ポリサルファ化を介したアルコールデヒドロゲナーゼ5の酵素活性制御機構 (2015)
  • Author(s): 笠松真吾、Md. Morshedul Alam、井田智章、松永哲郎、藤井重元、居原秀、赤池孝章、本橋ほづみ
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 活性イオウ分子のNO/ROSシグナル制御異常に起因する有機水銀の新規毒性発現機構の解析 (2015)
  • Author(s): 笠松真吾、居原 秀、津々木博康、石崎健勝、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • Organizer: 第15回日本NO学会学術集会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（豊中市）
  • Year and Date: 2015-06-26
• [Presentation] 親電子性シグナル制御破綻による有機水銀毒性発現機構 (2015)
  • Author(s): 笠松真吾、居原 秀、津々木博康、石崎健勝、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • Organizer: 日本生化学会東北支部 第81回例会・シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学さくらホール（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2015-05-09
• [Remarks] 東北大学大学院医学系研究科 環境医学分野教室ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp
• [Remarks] 東北大学大学院医学系研究科環境保健医学分野ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/
• [Remarks] 東北大学大学院医学系研究科 環境保健医学分野ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.html