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Sulfur metabolism in functional and structural remodeling of skeletal muscles

Publicly Offered Research

Project AreaTransomic Analysis of Metabolic Adaptation
Project/Area Number 20H04832
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

本橋 ほづみ  東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (00282351)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Keywords炎症応答 / マクロファージ / 代謝物 / 骨格筋 / 硫黄代謝 / 炎症 / NRF2 / ミトコンドリア / 脂肪酸 / ベータ酸化 / 運動機能
Outline of Research at the Start

NRF2は生体防御において中心的役割を担う転写活性化因子である。最近申請者らは、NRF2が硫黄代謝を促進することにより、ミトコンドリア膜電位の維持に貢献することを見出した。本研究では、ミトコンドリアの硫黄依存性エネルギー代謝の生理的な意義と、NRF2の活性化がもたらすエネルギー代謝改善における活性硫黄種の貢献を明らかにすることを目的とする。骨格筋の機能的なパーフォーマンス改善における代謝アダプテーションと、トレーニングによる骨格筋の器質的リモデリングを支えるマクロファージの代謝アダプテーションに着目して解析をすすめる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ミトコンドリアの硫黄依存性エネルギー代謝の生理的な意義と、NRF2の活性化がもたらすエネルギー代謝改善における活性硫黄種の貢献を明らかにすることを目的とした。特に、骨格筋の機能的なパーフォーマンス改善における代謝アダプテーションと、トレーニングによる骨格筋の器質的リモデリングを支えるマクロファージの代謝アダプテーションに着目して解析をすすめた。本年は、後者を中心に解析を進めた。マクロファージでは低酸素応答の鍵因子であるHIFの活性化が炎症応答を増強させることが報告されているものの、実際の低酸素環境における炎症応答の実態は不明である。そこで、低酸素環境下で培養したマクロファージと、通常酸素環境下で培養したマクロファージの炎症応答の比較を行った。その結果、前者で炎症応答が顕著に増強していることがわかった。これがHIFの活性化によるものかどうかを調べたが、HIFの標的遺伝子の動きはほとんどなく、代謝物解析によっても、HIFの活性化をもたらすとされるコハク酸の蓄積はみとめられなかった。一方、慢性低酸素状態において顕著に変化する代謝物を調べたところ、ビタミンB6の活性化型であるピリドキサールリン酸の減少がみとめられた。ミトコンドリアの硫黄代謝において、システインパースルフィドや硫化水素などの活性硫黄種の産生においては、ピリドキサールリン酸が補酵素として重要な役割を担っている。これにより、慢性低酸素にさらされたマクロファージでは、ピリドキサールリン酸の枯渇による硫黄代謝の抑制が起こっているものと予想された。ミトンドリアの硫黄代謝の抑制は、炎症の増悪をもたらすことが報告されていることから、循環器や呼吸器の疾患に伴う慢性低酸素状態は、マクロファージによる炎症応答を遷延させ、骨格筋における炎症の持続をもたらし、サルコペニアの素地を形成する一因となっているものと考えられる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (72 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (23 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 17 results,  Open Access: 14 results) Presentation (42 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 9 results) Book (5 results) Remarks (2 results)

  • [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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    • Author(s)
      Marutani E, Morita M, Hirai S, Kai S, Grange RMH, Miyazaki Y, Nagashima F, Traeger L, Magliocca A, Ida T, Matsunaga T, Batten A, Li R, Tanaka T, Ikeda T, Nakagawa A, Atochin DN, Ihara H, Olenchock BA, Shen X, Nishida M, Hanaoka K, Kevil CG, Xian M, Bloch DB, Akaike T, Hindle AG, Motohashi H, Ichinose F, et al.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3108-3108

    • DOI

      10.1038/s41467-021-23363-x

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    • Author(s)
      Onoki T, Izumi Y, Takahashi M, Murakami S, Matsumaru D, Ohta N, Wati SM, Hatanaka N, Katsuoka F, Okutsu M, Yabe Y, Hagiwara Y, Kanzaki M, Bamba T, Itoi E, Motohashi H*.
    • Journal Title

      Redox Biol.

      Volume: 43 Pages: 101966-101966

    • DOI

      10.1016/j.redox.2021.101966

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    • 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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    • Author(s)
      村上昌平、本橋ほづみ
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      Volume: 59 Pages: 665-670

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      本橋ほづみ
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      Kageyama S, Gudmundsson SR, Sou YS, Ichimura Y, Tamura N, Kazuno S, Ueno T, Miura Y, Noshiro D, Abe M, Mizushima T, Miura N, Okuda S, Motohashi H, Lee JA, Sakimura K, Ohe T, Noda NN, Waguri S, Eskelinen EL, Komatsu M.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 16-16

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20185-1

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      Kasamatsu Shingo、Ida Tomoaki、Koga Taisei、Asada Kosho、Motohashi Hozumi、Ihara Hideshi、Akaike Takaaki
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      Antioxidants & Redox Signaling

      Volume: in press Issue: 18 Pages: 1407-1419

    • DOI

      10.1089/ars.2020.8073

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      Marutani E, Morita M, Hirai S, Kai S, Grange RMH, Miyazaki Y, Nagashima F, Trager L, Magliocca A, Ida T, Matsunaga T, Flicker DR, Corman BHP, Mori N, Yamazaki Y, Batten A, Li R, Tanaka T, Ikwda T, Nakagawa A, Atochin DN, Ihara H, Olenchock BA, Shen X, Nishida M, Hanaoka K, Kevil CG, Xian M, Bloch DB, Akaike T, et al.
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    • Author(s)
      Onoki T, Izumi Y, Takahashi M, Murakami S, Matsumaru D, Ohta N, Wati SM, Hatanaka N, Katsuoka F, Okutsu M, Yabe Y, Hagiwara Y, Kanzaki M, Bamba T, Itoi E, Motohashi H
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      Sekine Hiroki、Motohashi Hozumi
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      Cancers

      Volume: 13 Issue: 3 Pages: 541-541

    • DOI

      10.3390/cancers13030541

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      Volume: 36 Pages: 101603-101603

    • DOI

      10.1016/j.redox.2020.101603

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      Makiko Hayashi, Ayumi Kuga, Mikiko Suzuki, Harit Panda, Hiroshi Kitamura, Hozumi Motohashi, Masayuki Yamamoto
    • Journal Title

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      Volume: 0 Issue: 16 Pages: 00-00

    • DOI

      10.1158/0008-5472.can-19-2888

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      Communications Biology

      Volume: 3 Issue: 1 Pages: 496

    • DOI

      10.1038/s42003-020-01227-2

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      120007161347

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      Nature Communications

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5911-5911

    • DOI

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      Oishi Tetsuya、Matsumaru Daisuke、Ota Nao、Kitamura Hiroshi、Zhang Tianxiang、Honkura Yohei、Katori Yukio、Motohashi Hozumi
    • Journal Title

      npj Aging and Mechanisms of Disease

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 14-14

    • DOI

      10.1038/s41514-020-00053-4

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      岡崎慶斗、本橋ほづみ
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      Sawa Tomohiro、Motohashi Hozumi、Ihara Hideshi、Akaike Takaaki
    • Journal Title

      Biomolecules

      Volume: 10 Issue: 9 Pages: 1245-1245

    • DOI

      10.3390/biom10091245

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      岸野明洋、村上昌平、赤池孝章、本橋ほづみ
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      医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス

      Volume: 51 Pages: 576-584

    • NAID

      40022417704

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      Hozumi Motohashi
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      熊本大学リエゾンラボ研究会・HIGOプログラム最先端セミナー
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Establishment of a transgenic mouse line for monitoring exposure history to electrophilic stress2021

    • Author(s)
      Kitamura H, Oishi T, Murakami S, Katori Y, Motohashi H
    • Organizer
      第155回東北大学加齢医学研究所 集談会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 酵母における活性硫黄分子による寿命制御2021

    • Author(s)
      Jung Minkyung、西村明、井田智章、守田匡伸、松永哲郎、高木博史、本橋ほづみ、赤池孝章
    • Organizer
      第94回日本細菌学会総会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Longevity is dependent on sulfide:quinone oxidoreductase mediated energy metabolism in fission yeast2021

    • Author(s)
      守田匡伸、西村明、井田智章、Jung Minkyung、松永哲郎、高田剛、本橋ほづみ、赤池孝章
    • Organizer
      第94回日本細菌学会総会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] NADPH oxidatses and NO synthetases function as sulfur oxidoreductases and activates super sulfur species conferring anti-microbial host defense2021

    • Author(s)
      高田剛、井田智章、松永哲郎、守田匡伸、土屋幸弘、渡邊泰男、住本英樹、本橋ほづみ、赤池孝章
    • Organizer
      第94回日本細菌学会総会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ミトコンドリア機能と共役する超硫黄代謝2021

    • Author(s)
      岸野明洋、村上昌平、関根弘樹、赤池孝章、本橋ほづみ
    • Organizer
      第1回レドックスR&D戦略委員会シンポジウム サテライトシンポジウム「超硫黄分子が加速するレドックスバイオロジーのパラダイム・シフト」
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 2.Cytoprotective Function of NRF2 and its Role in Sulfur Metabolism2021

    • Author(s)
      Motohashi H
    • Organizer
      Symposium “Regulation of Redox Signalling by NRF2 in Health and Disease” SFRRI 2021
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] KEAP1の抑制によるNRF2経路の活性化がもたらす加齢性難聴の予防効果の検討2020

    • Author(s)
      大石哲也、松丸大輔、北村大志、本蔵陽平、香取幸夫、本橋ほづみ
    • Organizer
      日本生化学会東北支部 第86回例会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of NRF2 activation on aging phenotypes of salivary glands2020

    • Author(s)
      Wati SM, Matsumaru D, Motohashi H
    • Organizer
      日本生化学会東北支部 第86回例会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Establishment of a transgenic mouse line for monitoring exposure history to electrophilic stress2020

    • Author(s)
      Kitamura H, Oishi T, KatoH T, Okunishi I, Motohashi H
    • Organizer
      AAIC20
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新型コロナウイルス呼気オミックス診断法の開発2020

    • Author(s)
      井田智章、高田剛、守田匡伸、松永哲郎、Jung Minkyung、澤智裕、杉浦久敏、本橋ほづみ、赤池孝章
    • Organizer
      第13回日本生体防御学会学術総会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 活性硫黄分子による新型コロナウイルス感染症の予防・治療法の開発2020

    • Author(s)
      松永哲郎、井田智章、高田剛、Jung Minkyung、澤智裕、守田匡伸、本橋ほづみ、赤池孝章
    • Organizer
      第13回日本生体防御学会学術総会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 活性硫黄分子によるインフルエンザウイルス肺炎の予防・治療法の開発2020

    • Author(s)
      守田匡伸、滝田克也、佐野寛仁、杉浦久敏、市川朋宏、沼倉忠久、井田智章、山田充啓、京極自彦、松永哲郎、本橋ほづみ、赤池孝章
    • Organizer
      第13回日本生体防御学会学術総会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 感染防御における一酸化窒素合成酵素およびNADPHオキシダーゼによる新規活性硫黄代謝機構の解明2020

    • Author(s)
      高田剛、井田智章、松永哲郎、守田匡伸、土屋幸弘、渡邊泰男、住本英樹、本橋ほづみ、赤池孝章
    • Organizer
      第13回日本生体防御学会学術総会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 硫黄を利用した生体防御機構とエネルギー代謝2020

    • Author(s)
      本橋ほづみ
    • Organizer
      第93回日本生化学会大会 シンポジウム「硫黄の化学的理解に立脚したカルコゲン・バイオロジー」
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  • [Presentation] Cytoprotective and anti-aging function of NRF2 and its role in sulfur metabolism2020

    • Author(s)
      Kishino A, Murakami S, Sekine H, Motohashi H
    • Organizer
      Coldspring Harbor Meeting: Mechanisms of Aging
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NRF2活性化がんの悪性化をもたらすエンハンサー・リモデリング2020

    • Author(s)
      岡崎慶斗、本橋ほづみ
    • Organizer
      第79回日本癌学会学術総会
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  • [Presentation] 硫黄を利用した生体防御機構とエネルギー代謝2020

    • Author(s)
      岸野明洋、村上昌平、関根弘樹、本橋ほづみ
    • Organizer
      第73回日本酸化ストレス学会 第20回日本NO学会 合同学術集会 シンポジウム「Persulfide Biology and Medicine」
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  • [Presentation] KEAP1-MRF2制御系による抗老化作用と硫黄代謝2020

    • Author(s)
      本橋ほづみ
    • Organizer
      第5回日本心血管協会年次学術総会
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    • Invited
  • [Presentation] 硫黄を利用した生体防御機構とエネルギー代謝2020

    • Author(s)
      本橋ほづみ
    • Organizer
      第47回日本毒性学会学術年会
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] NRF2依存性がんの悪性化機構と治療戦略2020

    • Author(s)
      本橋ほづみ
    • Organizer
      里ライフサイエンス新適塾「難病への挑戦」第43回会合
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    • Invited
  • [Book] Redox Regulation of Differentiation and De-differentiation (Oxidative Stress and Disease)2021

    • Author(s)
      Edited by Lillig CH and Berndt C
    • Total Pages
      380
    • Publisher
      CRC Press
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  • [Book] 新臨床腫瘍学(改訂第6版)2021

    • Author(s)
      日本臨床腫瘍学会
    • Total Pages
      792
    • Publisher
      南江堂
    • ISBN
      9784524227396
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      2021 Annual Research Report
  • [Book] ミトコンドリアダイナミクス2021

    • Author(s)
      石原直忠ほか82名
    • Total Pages
      458
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860437466
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      2021 Annual Research Report
  • [Book] 新臨床腫瘍学 改訂第6版(がんと代謝)2021

    • Author(s)
      本橋ほづみ
    • Publisher
      南江堂
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      2020 Annual Research Report
  • [Book] シンプル生化学(第21章 細胞増殖とがんの生化学 がんと代謝)2021

    • Author(s)
      本橋ほづみ
    • Publisher
      南江堂
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  • [Remarks] 東北大学加齢医学研究所 遺伝子発現制御分野

    • URL

      https://www2.idac.tohoku.ac.jp/dep/ger/index.html

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    • URL

      https://www2.idac.tohoku.ac.jp/dep/ger/

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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