| Project/Area Number |
23K28237
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| Project/Area Number (Other) |
23H03547 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 63030:Chemical substance influence on environment-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
熊谷 嘉人 九州大学, 薬学研究院, 特任教授 (00250100)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新開 泰弘 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (10454240)
加藤 百合 九州大学, 薬学研究院, 助教 (10732042)
伊藤 昭博 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (40391859)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
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| Keywords | タンパク質付加体 / エピジェネティクス変化 / 代謝活性化 / リジン残基の化学修飾 / カルボン酸 / 民生品 |
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| Outline of Research at the Start |
申請者はこれまで、環境中親電子物質がタンパク質のシステイン残基と共有結合してタンパク質付加体を形成し、細胞内レドックスシグナル系を変動（低用量では活性化、高用量では破綻）することを明らかにしてきた。一方、我々が日常的に曝露される化学物質自身にタンパク質の化学修飾能がなくても生体内酵素により反応性代謝物となり、このものがタンパク質付加体を形成する実態は殆ど理解されていない。本研究では、民生品の中でカルボン酸の代謝活性化を介してヒストンのリジン残基を化学修飾し、エピジェネティクス変化を生じることを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトは生活環境、ライフスタイルおよび食生活を介して多種多様な化学物質に晒されている。その中で、タンパク質のような生体高分子を化学修飾する物質の生体影響を検討することは、健康未来を理解する上で重要である。我々はこれまで構造の異なる環境中親電子物質が細胞内タンパク質のシステイン残基のような求核性官能基に共有結合してタンパク質付加体を形成し、低用量曝露時においてはレドックスシグナル系の活性化を介して適応応答、高用量曝露時においては細胞内タンパク質への非特異的な化学修飾を介して細胞毒性を生じることを明らかにしてきた（基盤研究S 2013-2017年度、2018-2022年度）。今回は、生活環境において広範に存在するカルボン酸類が生体内で代謝活性化を受けて、生じた反応物質がタンパク質のリジン残基のような求核性官能基に共有結合してタンパク質付加体を形成する可能性を検討した。標的タンパク質として、分子内にリジン残基を多数含み、エピジェネティクス変化に重要な役割を演じているヒストンで検討した。LC-MS/MS解析の結果、構造中にカルボキシル基を有する10種類の食品添加物、5種類の機能性表示食品、1種類の農薬および2種類のプラスチック可塑剤（エステル体は細胞内エステラーゼで加水分解されてカルボン酸に変換）が、ヒストンのリジン残基を介して付加体を形成することを見出した。そこで、保存料に使用され摂取量が多いソルビン酸を被験物質として、本物質を特異的に認識する抗体を作成した。また、本抗体が免疫化学的解析の有用性を調べた。今後は、ヒストンのソルビル化がエピジェネティクス変化に関係することを明らかにする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究を開始するにあたり、生活環境由来カルボン酸とそのエステル体の中から132品目の優先被験物質を選定し、さらにリジンに修飾されやすい構造、抗体あるいはアルキンプローブ合成可能か否か、および生産量、摂取量、使用量、話題性を考慮して68品目の最優先被験物質に絞り込みを行った。LC-MS/MSによるヒストンの化学修飾能を調べた結果、驚くことに18品目の構造の異なるカルボン酸およびそのエステル体がヒストンのリジン残基に共有結合することが分かった。第1優先の被験物質としてソルビン酸を認識する特異的抗体の作成に成功し、かつ本抗体による免疫化学的検討も可能であることが明らかとなった。予備的検討により、細胞内で生じたヒストンのソルビル化は時間と共に解除されることから、少なくともソルビン酸に関してはヒストンの化学修飾は可逆的であることが示され、今後は本反応を触媒する酵素の同定に着手する。よって、現在までの進捗状況はおおむね順調と言えよう。
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| Strategy for Future Research Activity |
ソルビン酸を曝露した培養細胞のRNA-seq解析により、ゲノムワイドな遺伝子発現に与える影響を検討し、作製したソルビル化認識抗体を用いたChIP-seq解析により修飾されるゲノム部位を同定する。遺伝子発現が亢進したタンパク質については定量的検討も実施する。ソルビル化によりオープンクロマチンが誘導されるか否かを確認し、リジンソルビル化が新規エピジェネティクマークになりうるかを明らかにする。方法としてATACsee法およびCUT & Tag法を用いる。
一方、Chase実験よりソルビン酸によるヒストンの化学修飾は可逆的であることが示唆された。そこで、細胞内における脱ソルビル化を触媒する酵素について検討する。本酵素の候補としてリジン脱アセチル化酵素ファミリーが考えられるので、それらの特異的阻害剤を用いて検討する。
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