Functions of supersulfide in animal development

• Project Area: Life Science Innovation Driven by Supersulfide Biology
• Project/Area Number: 22H05556
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 小林 麻己人 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (50254941)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 超硫黄分子 / ゼブラフィッシュ / 動物発生 / 遺伝子破壊 / 量的変化 / 時空間特異的 / 時空間特異的量的変化 / ケミカルプローブ

Outline of Research at the Start

超硫黄分子は生命体に有益な効果をもたらすと同時に有害な影響も与える。動物発生の各過程においても重要な機能を果たしていると予想されるが、ほとんど研究がなされていない。本研究の目的は、動物発生における超硫黄分子の機能ともに、その時空間特異的な量的変化を解明することである。戦略にはゼブラフィッシュを活用する。研究代表者はゼブラフィッシュを用いた発生学研究と抗酸化研究に長年従事し、また近年、超硫黄分子の研究も開始しており、本研究遂行の準備は整っている。本研究は、動物発生を超硫黄分子という新しい切り口で理解する点とゼブラフィッシュを超硫黄分子研究に活用する点で、「硫黄生物学」研究領域の推進に貢献する。

Outline of Annual Research Achievements

超硫黄分子は生命体に有益な効果をもたらすと同時に有害な影響も与える。動物発生の各過程においても重要な機能を果たしていると予想されるが、これまでほとんど研究がなされていない。本研究では、動物発生における超硫黄分子の機能を明らかにするとともに、その時空間特異的な量的変化を解明することを目的とした。戦略には、発生が早く、薬剤処理・ライブイメージング・遺伝学的解析が簡便・迅速にできるゼブラフィッシュを活用することにした。具体的には、１）ゼブラフィッシュ胚・稚魚における超硫黄分子量を増減させ、その影響を観察すること、２）ゼブラフィッシュ胚・稚魚の透明性を活かして、発生に応じて変化する各組織における時空間特異的な超硫黄分子量を測定すること、を２年間で行う計画とした。
本年度は、初年度に系統化した超硫黄分子産生酵素cars2, cbsb, cthの遺伝子破壊系統とcbsbの発現上昇が観察されるkeap1a;keap1b二重破壊系統の表現型解析を行った。その結果、いずれのホモ成魚も致死となることがわかり、生体における硫黄代謝の重要性が示唆された。興味深いのは、超硫黄分子が増えていると予想されるkeap1a;keap1b破壊系統がもっとも早期の稚魚期に致死となることであった。加えて、野生型ゼブラフィッシュ胚の総ポリスルフィド量を質量分析で測定したところ、発生初期には超硫黄分子量を高く保ち、発生に伴い、減らす制御があることが示唆された。さらに、硫化ナトリウムをゼブラフィッシュ胚や稚魚に処理すると発生毒性を示した。これらを考え合わせると、超硫黄分子はむしろ発生を抑制作用があり、発生進行には超硫黄分子を含む還元型硫黄代謝物の減少が必要であるとの仮説が成り立った。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Congenital anaemia associated with loss-of-function variants in DNA polymerase epsilon 1. (2024)
  • Author(s): Takeuchi I, Tanase-Nakao K, Ogawa A, Sugawara T, Migita O, Kashima M, Yamazaki T, Iguchi A, Naiki Y, Uchiyama T, Tamaoki J, Maeda H, Shimizu H, Kawai T, Taniguchi K, Hirata H, Kobayashi M, Matsumoto K, Naruse K, Hata K, Akutsu H, Kato T, Narumi S, Arai K, Ishiguro A.
  • Journal Title: J Med Genet. Volume: 61(3) Issue: 3 Pages: 239-243
  • DOI: 10.1136/jmg-2023-109444
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Theoretical model for en face optical coherence tomography imaging and its application to volumetric differential contrast imaging (2023)
  • Author(s): Tomita Kiriko、Makita Shuichi、Fukutake Naoki、Morishita Rion、Abd El-Sadek Ibrahim、Mukherjee Pradipta、Lichtenegger Antonia、Tamaoki Junya、Bian Lixuan、Kobayashi Makoto、Mori Tomoko、Matsusaka Satoshi、Yasuno Yoshiaki
  • Journal Title: Biomedical Optics Express Volume: 14 Issue: 7 Pages: 3100-3100
  • DOI: 10.1364/boe.491510
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] LSD1 promotes the egress of hematopoietic stem and progenitor cells into the bloodstream during the endothelial-to-hematopoietic transition (2023)
  • Author(s): Tamaoki Junya、Maeda Hiroki、Kobayashi Isao、Takeuchi Miki、Ohashi Ken、Gore Aniket、Bonkhofer Florian、Patient Roger、Weinstein Brant M.、Kobayashi Makoto
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 501 Pages: 92-103
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2023.06.012
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multi-focus averaging for multiple scattering suppression in optical coherence tomography (2023)
  • Author(s): Zhu Lida、Makita Shuichi、Tamaoki Junya、Lichtenegger Antonia、Lim Yiheng、Zhu Yiqiang、Kobayashi Makoto、Yasuno Yoshiaki
  • Journal Title: Biomedical Optics Express Volume: 14 Issue: 9 Pages: 4828-4828
  • DOI: 10.1364/boe.493706
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Polarization-artifact reduction and accuracy improvement of Jones-matrix polarization-sensitive optical coherence tomography by multi-focus-averaging based multiple scattering reduction (2023)
  • Author(s): Zhu Lida、Makita Shuichi、Tamaoki Junya、Zhu Yiqiang、Mukherjee Pradipta、Lim Yiheng、Kobayashi Makoto、Yasuno Yoshiaki
  • Journal Title: Biomedical Optics Express Volume: 15 Issue: 1 Pages: 256-256
  • DOI: 10.1364/boe.509763
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic hyperactivation of Nrf2 causes larval lethality in Keap1a and Keap1b-double-knockout zebrafish (2023)
  • Author(s): Bian Lixuan、Nguyen Vu Thanh、Tamaoki Junya、Endo Yuka、Dong Guilin、Sato Ayaka、Kobayashi Makoto
  • Journal Title: Redox Biology Volume: 62 Pages: 102673-102673
  • DOI: 10.1016/j.redox.2023.102673
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Augmentation of Pectoral Fin Teratogenicity by Thalidomide in Human Cytochrome P450 3A-Expressing Zebrafish (2023)
  • Author(s): Dong Wenjing、Akasaka Ippo、Komiyama Akifumi、Nakamura Tatsuro、Mizoguchi Naohiro、Nawaji Tasuku、Ikushiro Shinichi、Kobayashi Makoto、Teraoka Hiroki
  • Journal Title: Pharmaceuticals Volume: 16 Issue: 3 Pages: 368-368
  • DOI: 10.3390/ph16030368
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transgenic Zebrafish Expressing Rat Cytochrome P450 2E1 (CYP2E1): Augmentation of Acetaminophen-Induced Toxicity in the Liver and Retina (2023)
  • Author(s): Sato Yoshinori、Dong Wenjing、Nakamura Tatsuro、Mizoguchi Naohiro、Nawaji Tasuku、Nishikawa Miyu、Onaga Takenori、Ikushiro Shinichi、Kobayashi Makoto、Teraoka Hiroki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Issue: 4 Pages: 4013-4013
  • DOI: 10.3390/ijms24044013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Design of a new self-assembling antioxidant nanomedicine to ameliorate oxidative stress in zebrafish embryos (2023)
  • Author(s): Shashni Babita、Tamaoki Junya、Kobayashi Makoto、Nagasaki Yukio
  • Journal Title: Acta Biomaterialia Volume: 159 Pages: 367-381
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2023.01.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Longitudinal investigation of a xenograft tumor zebrafish model using polarization-sensitive optical coherence tomography (2022)
  • Author(s): Lichtenegger Antonia、Tamaoki Junya、Licandro Roxane、Mori Tomoko、Mukherjee Pradipta、Bian Lixuan、Greutter Lisa、Makita Shuichi、W?hrer Adelheid、Matsusaka Satoshi、Kobayashi Makoto、Baumann Bernhard、Yasuno Yoshiaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 15381-15381
  • DOI: 10.1038/s41598-022-19483-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Soy-Derived Equol Induces Antioxidant Activity in Zebrafish in an Nrf2-Independent Manner (2022)
  • Author(s): Watanabe Asami、Muraki Kyoji、Tamaoki Junya、Kobayashi Makoto
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 9 Pages: 5243-5243
  • DOI: 10.3390/ijms23095243
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 乳酸菌がゼブラフィッシュ稚魚で発揮する間接的抗酸化作用の研究． (2024)
  • Author(s): 佐藤綾香，木元広実，小林麻己人
  • Organizer: つくば医工連携フォーラム2024
• [Presentation] ゼブラフィッシュを用いた抗酸化食品成分に関する研究． (2024)
  • Author(s): 小林麻己人，木元広実，佐藤綾香
  • Organizer: 日本農芸化学会2024年度大会
• [Presentation] Non-invasive and label-free zebrafish investigations using polarization-sensitive optical coherence tomography. (2023)
  • Author(s): Lichtenegger, A., Tamaoki, J., Mukherjee, P., Licandro, R., Zhu, L., Mori, T., Morishita, R., Bian, L., El-Sadek, I.G.A., Makita, S., Leskovar, K., Matsusaka, S., Distel, M., Kobayashi, M., Baumann, B. and Yasuno, Y.
  • Organizer: Photonics West BiOS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Disperse scatterer model of OCT and its application to design volumetric differential contrast imaging. (2023)
  • Author(s): Tomita, K., Makita, S., Fukutake, N., Morishita, R., El-Sadek, I.G.A., Mukherjee, P., Lichtenegger, A., Tamaoki, J., Bian, L., Kobayashi, M., Mori, T., Matsusaka, S. and Yasuno, Y.
  • Organizer: Photonics West
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multiple scattering suppression by multi-focus averaging in Jones-matrix optical coherence tomography. (2023)
  • Author(s): Zhu, L., Makita, S., Lim, Y., Tamaoki, J., Zhu, Y., Kobayashi, M. and Yasuno, Y
  • Organizer: Photonics West
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 乳酸菌がゼブラフィッシュで発揮する間接的抗酸化作用の研究． (2023)
  • Author(s): 佐藤綾香，木元広実，小林麻己人
  • Organizer: 日本本農芸化学会関東支部2023年度大会
• [Presentation] 研究者のビジュアルコミュニケーションデザイン力を育成するルーブリック案の検討． (2023)
  • Author(s): 田中佐代子，小林麻己人，三輪佳宏
  • Organizer: 日本科学教育学会第47回年会
• [Presentation] Computational-hardware hybrid methods for tissue deep imaging in Jones matrix polarization-sensitive optical coherence tomography. (2023)
  • Author(s): Zhu, L., Makita, S., Tamaoki, J., Lichtenegger, A., Zhu, Y., Kobayashi, M. and Yasuno, Y.
  • Organizer: The 84th JSAP Autmn Meeting 2023
• [Presentation] Indirect antioxidant activity induced by heat-killed lactic acid bacteria in zebrafish. (2023)
  • Author(s): Sato, A., Kimoto-Nira, H. and Kobayashi, M.
  • Organizer: 第29回小型魚類研究会
• [Presentation] Function of zebrafish GFI1 in hematopoietic stem and progenitor cells generation. (2023)
  • Author(s): Yagihashi, M, Tamaoki, J. Nakano, H. and Kobayashi, M.
  • Organizer: 第29回小型魚類研究会
• [Presentation] Detection of sulfur speices in zebrafish embryos. (2023)
  • Author(s): Dong, G. and Kobayashi, M.
  • Organizer: 第29回小型魚類研究会
• [Presentation] Indirect antioxidant activity induced by lactic acid bacteria in zebrafish. (2023)
  • Author(s): Sato, A., Kimoto-Nira, H. and Kobayashi, M.
  • Organizer: Tsukuba Conference2023, Tsukuba, Sep 26-27, 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼブラフィッシュを用いた抗酸化ナノ粒子の安全性と酸化ストレス抑制能の評価． (2023)
  • Author(s): 小林麻己人，Babita Shashni，玉置隼也，長崎幸夫
  • Organizer: 第9回ゼブラフィッシュ・メダカ創薬研究会
• [Presentation] ゼブラフィッシュの形態・機能を可視化するマルチコントラスト・ラベルフリー・トモグラフィック顕微鏡． (2023)
  • Author(s): 安野嘉晃，Antonia Lichtenegger，松阪諭，小林麻己人
  • Organizer: 第9回ゼブラフィッシュ・メダカ創薬研究会
• [Presentation] 加熱処理した乳酸菌がゼブラフィッシュで発揮する間接的抗酸化作用の研究． (2023)
  • Author(s): 佐藤綾香，木元広実，小林麻己人
  • Organizer: 第9回ゼブラフィッシュ・メダカ創薬研究会
• [Presentation] Nrf2 hyperactivation in Keap1 knockout zebrafish. (2022)
  • Author(s): Bian, L., Tamaoki, J. and Kobayashi, M.
  • Organizer: 第28回小型魚類研究会
• [Presentation] Antioxidant activity induced by heat-killed Lactococcus lactis H61. (2022)
  • Author(s): Sato, A., Watanabe, A., Kimoto-Nira, H. and Kobayashi, M.
  • Organizer: 第28回小型魚類研究会
• [Presentation] Development of zebrafish hematopoietic stem and progenitor cells are controlled by LSD1/KDM1A histone demethylase in two ways. (2022)
  • Author(s): Tamaoki, J. and Kobayashi, M.
  • Organizer: 第28回小型魚類研究会
• [Presentation] 乳酸菌がもつ抗酸化能のゼブラフィッシュを用いた研究． (2022)
  • Author(s): 佐藤綾香，渡邉朝美，木元広実，小林麻己人
  • Organizer: 酪農科学シンポジウム
• [Presentation] Nrf2 hyperactivation in Keap1 knockout zebrafish. (2022)
  • Author(s): Bian, L., Tamaoki, T. and Kobayashi, M.
  • Organizer: Redox Week in Sendai 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ゼブラフィッシュを用いた抗酸化食品成分の解析． (2022)
  • Author(s): 小林麻己人
  • Organizer: 日本食品・機械研究会「アンチエイジング食品開発のための動物モデル」
  • Invited
• [Presentation] ゼブラフィッシュ造血幹・前駆細胞発生におけるヒストン脱メチル化酵素LSD1/KDM1Aの２つの機能． (2022)
  • Author(s): 玉置隼也，小林麻己人
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] ゼブラフィッシュとヒトのヘモグロビン切替機構は共通か？， (2022)
  • Author(s): 小林麻己人，前田浩樹，玉置隼也，平田普三，鹿島誠
  • Organizer: 第8回ゼブラフィッシュ・メダカ創薬研究会
• [Presentation] Genetic hyperactivation of Nrf2 causes larval lethality in zebrafish. (2022)
  • Author(s): Bian, L., Tamaoki, J. and Kobayashi, M.
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Remarks] 筑波大学医学医療系 分子発生生物学研究室
  • URL: https://www.md.tsukuba.ac.jp/MDBiology/mdbiol.index.html
• [Remarks] 筑波大学医学医療系 分子発生生物学研究室
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/MDBiology/mdbiol.index.htm