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Control of protein function and its oxidative damage by reactive persulfides

Research Project

Project/Area Number 20K15983
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Takata Tsuyoshi  東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (20733257)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsパースルフィド / 超硫黄分子 / 酸化修飾 / レドックスシグナル / 酸化ストレス / リン酸化修飾 / カルモデュリンキナーゼ / チオレドキシン / リン酸化酵素 / 活性酸素 / 活性硫黄分子 / 硫黄プロテオミクス
Outline of Research at the Start

近年、パースルフィドなどの活性硫黄分子種による酸化ストレスに対する防御的役割が注目されているが、不可逆的な酸化損傷からタンパク質システイン残基を保護する機構はこれまで不明であった。最近我々は、パースルフィドがタンパク質システイン残基の過度な酸化修飾に対する防御機能を有していることを明らかにし、レドックスシグナル研究に新たな道を開いた。本研究では、これまで全く知られていなかった「パースルフィドによるタンパク質酸化損傷修復メカニズム」を解明する。本研究により、酸化ストレスに対する新規防御機能を解明し、酸化ストレスが関わる難治性疾患の新しい診断・治療法の開発や創薬に向けた基盤的研究を展開する。

Outline of Final Research Achievements

Irreversible oxidation of Cys residues to sulfinic/sulfonic forms typically impairs protein function. We found that persulfidation (CysSSH) protects Cys from irreversible oxidative loss of function by the formation of CysSSO1-3H derivatives that can subsequently be reduced back to native thiols. Reductive reactivation of oxidized persulfides by the thioredoxin system was demonstrated in PTP1B. In cells, this mechanism protects and regulates key proteins of signaling pathways, including PTP1B. Using quantitative mass spectrometry, we show that (i) CysSSH and CysSSO3H species are abundant in mouse liver and enzymatically regulated by the thioredoxin systems and (ii) deletion of the thioredoxin-related protein TRP14 in mice altered CysSSH levels on a subset of proteins, predicting a role for TRP14 in persulfide signaling.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

酸化ストレス下における不可逆的な酸化修飾からタンパク質のシステイン残基を保護する手段として、パースルフィドによる保護メカニズムを見出したのは、これまでに報告のない応募者ら独自のものであり、その独創性は極めて高い。本研究を進めることで、酸化ストレスに対する新規防御機能を明らかにし、酸化ストレスの関わる動脈硬化症・心疾患、生活習慣病及び、癌、神経変性疾患を含めた難治性疾患 まで幅広い疾病を標的とした創薬や予防・治療法の開発への展開が期待される。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Book (7 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Synthesis of sulfides and persulfides is not impeded by disruption of three canonical enzymes in sulfur metabolism2023

    • Author(s)
      Zainol Abidin Qamarul Hafiz、Ida Tomoaki、Morita Masanobu、Matsunaga Tetsuro、Nishimura Akira、Jung Minkyung、Hassan Naim、Takata Tsuyoshi、Ishii Isao、Kruger Warren、Wang Rui、Motohashi Hozumi、Tsutsui Masato、Akaike Takaaki
    • Journal Title

      Antioxidants

      Volume: 12 Issue: 4 Pages: 868-868

    • DOI

      10.3390/antiox12040868

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chemical biology of reactive sulfur species: Hydrolysis-driven equilibrium of polysulfides as a determinant of physiological functions.2022

    • Author(s)
      Sawa Tomohiro, Takata Tsuyoshi, Matsunaga Tetsuro, Ihara Hideshi, Motohashi Hozumi, Akaike Takaaki.
    • Journal Title

      Antioxidants & Redox Signaling

      Volume: 36 Issue: 4-6 Pages: 327-336

    • DOI

      10.1089/ars.2021.0170

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Methods in sulfide and persulfide research.2021

    • Author(s)
      Takata Tsuyoshi, Jung Minkyung, Matsunaga Tetsuro, Ida Tomoaki, Morita Masanobu, Motohashi Hozumi, Shen Xinggui, Kevil Christopher G., Fukuto Jon M., Akaike Takaaki.
    • Journal Title

      Nitric Oxide

      Volume: 116 Pages: 47-64

    • DOI

      10.1016/j.niox.2021.09.002

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  • [Journal Article] Persulfide Signaling in Stress-Initiated Calmodulin Kinase Response2020

    • Author(s)
      Takata Tsuyoshi、Araki Shoma、Tsuchiya Yukihiro、Watanabe Yasuo
    • Journal Title

      Antioxidants & Redox Signaling

      Volume: 33 Issue: 18 Pages: 1308-1319

    • DOI

      10.1089/ars.2020.8138

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  • [Journal Article] Oxidative Stress Orchestrates MAPK and Nitric-Oxide Synthase Signal2020

    • Author(s)
      Takata Tsuyoshi、Araki Shoma、Tsuchiya Yukihiro、Watanabe Yasuo
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 21 Issue: 22 Pages: 8750-8750

    • DOI

      10.3390/ijms21228750

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  • [Journal Article] Coordination between Calcium/Calmodulin-Dependent Protein Kinase II and Neuronal Nitric Oxide Synthase in Neurons2020

    • Author(s)
      Araki Shoma、Osuka Koji、Takata Tsuyoshi、Tsuchiya Yukihiro、Watanabe Yasuo
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 21 Issue: 21 Pages: 7997-7997

    • DOI

      10.3390/ijms21217997

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  • [Presentation] Detection of cyclic octa-sulfur (S8) formed endogenously in mammals2023

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      Takata T., Ida T., Matsunaga T., Morita1M., Jung M., Ogata S., Unno Y., Tsuchiya Y., Watanabe Y., Motohashi H., Yoshizawa M., Sumimoto H., Akaike T.
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      Gordon Research Conference, Nitric Oxide
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      Takata T., Ida T., Matsunaga T., Morita1M., Jung M., Ogata S., Unno Y., Tsuchiya Y., Murakami S., Watanabe Y., Motohashi H., Yoshizawa M., Sumimoto H., Akaike T.
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      The 12th International Conference on the Biology, Chemistry and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
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      Takata T., Tsuchiya Y., Akaike T., Watanabe Y.
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      髙田剛、井田智章、松永哲郎、守田匡伸、Jung Minkyung、土屋幸弘、渡邊泰男、本橋ほづみ、吉沢道人、住本英樹、赤池孝章
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  • [Presentation] NADPHオキシダーゼおよび一酸化窒素合成酵素による超硫黄分子産生を介した感染防御機能2022

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      髙田剛、井田智章、松永哲郎、守田匡伸、Jung Minkyung、土屋幸弘、渡邊泰男、本橋ほづみ、吉沢道人、住本英樹、赤池孝章
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  • [Presentation] NADPH酸化還元酵素による超硫黄分子活性化機構の解明2022

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      髙田剛、井田智章、松永哲郎、守田匡伸、土屋幸弘、渡邊泰男、本橋ほづみ、住本英樹、赤池孝章
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      第21回分子予防環境医学研究会大会
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      髙田剛、井田智章、松永哲郎、守田匡伸、Jung Minkyung、土屋幸弘、渡邊泰男、本橋ほづみ、住本英樹、赤池孝章
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      硫酸協会
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  • [Book] 生化学 93(5), 超硫黄分子の化学と代謝:超硫黄生物学の創成とオミックス先制医療への展望2021

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    • Publisher
      公益社団法人 日本生化学会
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  • [Book] 実験医学 39(13), 超硫黄代謝物の化学と代謝2021

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      高田剛、松永哲郎、赤池孝章
    • Publisher
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  • [Book] “Chapter 16: Supersulfide-mediated signaling during differentiation and de-differentiation”, In: Carsten Berndt, Christopher Horst Lillig, (eds) “Redox regulation of differentiation and de-differentiation”, in the series “Oxidative stress and disease”2021

    • Author(s)
      Tsuyoshi Takata, Masanobu Morita, Tetsuro Matsunaga, Hozumi Motohashi, Takaaki Akaike
    • Total Pages
      392
    • Publisher
      CRC Press
    • ISBN
      9780367895662
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  • [Book] バイオサイエンスとインダストリー, 活性硫黄分子種によるエネルギー代謝とタンパク質劣化防止機能2021

    • Author(s)
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    • Publisher
      バイオインダストリー協会
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    • Author(s)
      高田剛、松永哲郎、赤池孝章
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    • Publisher
      硫酸協会
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  • [Book] 食と健康を結ぶメディカルサイエンス, 抗酸化:活性パースルフィドによる制御2020

    • Author(s)
      高田剛、松永哲郎、赤池孝章
    • Total Pages
      242
    • Publisher
      羊土社
    • ISBN
      9784758103879
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  • [Remarks] Research Mapマイポータル

    • URL

      https://researchmap.jp/Takata_T

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  • [Remarks] 東北大学大学院医学系研究科環境医学分野ホームページ

    • URL

      http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.html

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URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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