シアン解毒・硫黄転移二酵素の生理的役割の解明

• Project Area: Life Science Innovation Driven by Supersulfide Biology
• Project/Area Number: 22H05577
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Showa Pharmaceutical University
• Principal Investigator: 石井 功 昭和薬科大学, 薬学部, 教授 (90292953)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 硫黄転移 / ロダネーゼ / シアン解毒 / 青酸配糖体 / 遺伝子欠損マウス / チオ硫酸 / 硫黄転移酵素 / 超硫黄 / 遺伝子改変マウス / 遺伝病モデル / チオシアン酸イオン / 細胞呼吸 / 電子伝達系 / 硫黄転移反応 / 活性イオウ分子種

Outline of Research at the Start

ロダネーゼTSTがシアン解毒に働くことは以前より広く知られていたが、個体レベルでも作用している証拠はこれまで無かった。また、in vitro実験でその相同酵素であるMPSTもシアン解毒活性を有することは報告されていた。そこで、以前に作成したMPST欠損マウス、そして今回新規作成したTST欠損マウス、またMPST/TSTダブル欠損マウスを比較解析に用いて、シアン解毒や硫黄転移反応における両酵素の役割を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本課題では、生体内硫黄転移反応に関与する2つの相同酵素であるMPSTとTSTのマウスにおける生理的役割の解明を目指した。そのため、以前に作成報告したMPST欠損マウスに加えて、新規にTST欠損マウス、そしてMPST/TSTダブル欠損マウスを作成した。MPST欠損マウスとTST欠損マウスについては他の研究グループによる作成報告が既にあるが、我々はCRISPR/Cas9法を用いてゲノム上近接して存在する2酵素遺伝子の欠損領域を限局し、互いのタンパク質発現には影響しないマウスを取得することに成功し、またダブル欠損マウスを新規作成した。いずれのマウスもMPST、TST、あるいはその両方を調査した全ての臓器で完全に欠損していたが、見かけ上の異常なく誕生・成長し、雄雌いずれも多産で2年以上生存可能であった。しかし、経口投与のシアン化ナトリウム(NaCN)あるいは青酸配糖体アミグダリンに対する感受性が、TST欠損により大幅に、一方MPST欠損によりわずかに減弱していた。TSTは呼吸鎖を止めるシアン化物(CN-)イオンにチオ硫酸から硫黄原子を付加しチオシアン酸(SCN-)イオンに弱毒化する酵素(ロダネーゼ)として古くから知られていたが、個体レベルでその重要性を初めて証明した。一部のマウスは死に至ったが、解剖して組織切片を観察しても何ら異常は見られず、死因はシアン毒性によりミトコンドリア呼吸鎖が停まりエネルギー獲得を解糖系のみに依存した結果起こった乳酸アシドーシスによると考えられた。また、定常状態においてもTST欠損及びダブル欠損マウスでは、尿中排泄CN-が野生型マウスより多く、また血中のチオ硫酸レベルも高かった。従って、TST欠損の影響は普通餌を与えているマウスにおいても観察されることが判明した。

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

• [Int'l Joint Research] University of Otago(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] Fox Chase Cancer Center(米国)
• [Int'l Joint Research] York University(カナダ)
• [Int'l Joint Research] University of Otago(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] Emory University(米国)
• [Journal Article] Sphingosine 1-Phosphate Regulates Obesity and Glucose Homeostasis (2024)
  • Author(s): Kajita Kazuo、Ishii Isao、Mori Ichiro、Asano Motochika、Fuwa Masayuki、Morita Hiroyuki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 25 Issue: 2 Pages: 932-932
  • DOI: 10.3390/ijms25020932
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Different Coactivator Recruitment to Human PPARα/δ/γ Ligand-Binding Domains by Eight PPAR Agonists to Treat Nonalcoholic Fatty Liver Disease (2024)
  • Author(s): Kamata Shotaro、Honda Akihiro、Kashiwagi Nonoka、Shimamura Ayumi、Yashiro Sayaka、Komori Yuna、Hosoda Aoi、Akahoshi Noriyuki、Ishii Isao
  • Journal Title: Biomedicines Volume: 12 Issue: 3 Pages: 624-624
  • DOI: 10.3390/biomedicines12030624
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of sulfides and persulfides is not impeded by disruption of three canonical enzymes in sulfur metabolism (2023)
  • 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
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Current Clinical Trial Status and Future Prospects of PPAR-Targeted Drugs for Treating Nonalcoholic Fatty Liver Disease (2023)
  • Author(s): Kamata Shotaro、Honda Akihiro、Ishii Isao
  • Journal Title: Biomolecules Volume: 13 Issue: 8 Pages: 1264-1264
  • DOI: 10.3390/biom13081264
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional and Structural Insights into the Human PPARα/δ/γ Targeting Preferences of Anti-NASH Investigational Drugs, Lanifibranor, Seladelpar, and Elafibranor (2023)
  • Author(s): Kamata Shotaro、Honda Akihiro、Ishikawa Ryo、Akahane Makoto、Fujita Ayane、Kaneko Chihiro、Miyawaki Saeka、Habu Yuki、Shiiyama Yui、Uchii Kie、Machida Yui、Oyama Takuji、Ishii Isao
  • Journal Title: Antioxidants Volume: 12 Issue: 8 Pages: 1523-1523
  • DOI: 10.3390/antiox12081523
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pharmacological Inhibition and Genetic Deletion of Cystathionine Gamma-Lyase in Mice Protects against Organ Injury in Sepsis: A Key Role of Adhesion Molecules on Endothelial Cells (2023)
  • Author(s): Manandhar Sumeet、Chambers Stephen、Miller Andrew、Ishii Isao、Bhatia Madhav
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Issue: 17 Pages: 13650-13650
  • DOI: 10.3390/ijms241713650
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 2D-DIGE proteomic analysis of mouse liver within 1 week (2023)
  • Author(s): Kamata S, Ishii I.
  • Journal Title: Methods Mol Biol Volume: 2596 Pages: 217-230
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2831-7_16
  • ISBN: 9781071628300, 9781071628317
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amino acids in health and disease: The good, the bad, and the ugly (2023)
  • Author(s): Ishii I, Bhatia M.
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 24 Issue: 5 Pages: 4931-4931
  • DOI: 10.3390/ijms24054931
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Opposing roles of sphingosine 1-phosphate receptors 1 and 2 in fat deposition and glucose tolerance in obese male mice (2023)
  • Author(s): Asano M, Kajita K, Fuwa M, Kajita T, Mori I, Akahoshi N, Ishii I, Morita H.
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 164 Issue: 3 Pages: 1716-1726
  • DOI: 10.1210/endocr/bqad019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Differential roles of cystathionine gamma-lyase and mercaptopyruvate sulfurtransferase in hapten-induced colitis and contact dermatitis in mice (2023)
  • Author(s): Akahoshi N, Hasegawa R, Yamamoto S, Takemoto R, Yoshizawa T, Kamichatani W, Ishii I.
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 24 Issue: 3 Pages: 2659-2659
  • DOI: 10.3390/ijms24032659
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Drug Development Based on PPAR-ligand Structural Studies (2022)
  • Author(s): Ishii I.
  • Journal Title: YAKUGAKU ZASSHI Volume: 142 Issue: 12 Pages: 1333-1334
  • DOI: 10.1248/yakushi.22-00159-F
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • Year and Date: 2022-12-01
  • Open Access
• [Journal Article] The Perspective of PPAR Dual/Pan Agonists as Therapeutic Drugs against NAFLD (2022)
  • Author(s): Honda A, Ishii I.
  • Journal Title: YAKUGAKU ZASSHI Volume: 142 Issue: 12 Pages: 1335-1343
  • DOI: 10.1248/yakushi.22-00159-1
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • Year and Date: 2022-12-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hydrogen Sulfide Attenuates Lymphedema Via the Induction of Lymphangiogenesis Through a PI3K/Akt‐Dependent Mechanism (2022)
  • Author(s): Suzuki Junya、Shimizu Yuuki、Hayashi Takumi、Che Yiyang、Pu Zhongyue、Tsuzuki Kazuhito、Narita Shingo、Shibata Rei、Ishii Isao、Calvert John W.、Murohara Toyoaki
  • Journal Title: Journal of the American Heart Association Volume: 11 Issue: 21
  • DOI: 10.1161/jaha.122.026889
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional and Structural Insights into Human PPARα/δ/γ Subtype Selectivity of Bezafibrate, Fenofibric Acid, and Pemafibrate (2022)
  • Author(s): Honda Akihiro、Kamata Shotaro、Akahane Makoto、Machida Yui、Uchii Kie、Shiiyama Yui、Habu Yuki、Miyawaki Saeka、Kaneko Chihiro、Oyama Takuji、Ishii Isao
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 9 Pages: 4726-4726
  • DOI: 10.3390/ijms23094726
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] チオ硫酸硫黄転移酵素TST(ロダネーゼ)のマウス組織分布 (2024)
  • Author(s): 赤星軌征、金指充瑠、石井功
  • Organizer: 日本薬学会第144年会
• [Presentation] TST欠損マウス、MPST欠損マウス及びTST/MPSTダブル欠損マウスの行動解析 (2024)
  • Author(s): 丸山由莉、小泉舞果、赤星軌征、石井功
  • Organizer: 日本薬学会第144年会
• [Presentation] X線結晶構造解析による4種NASH治験薬の核内受容体PPARα/δ/γへの結合様式の比較 (2024)
  • Author(s): 鎌田祥太郎、本多彰宏、金子知央、藤田絢音、宮脇瑳恵佳、渡瀬健太郎、小森優奈、島村歩実、八代清香、石井功
  • Organizer: 日本薬学会第144年会
• [Presentation] 各種PPARアゴニストによるPPARα/δ/γへのCoactivator結合及びPPARα/δ/γからのCorepressor解離の同時測定 (2024)
  • Author(s): 八代清香、金子知央、藤田絢音、宮脇瑳恵佳、渡瀬健太郎、小森優奈、島村歩実、本多彰宏、鎌田祥太郎、石井功
  • Organizer: 日本薬学会第144年会
• [Presentation] NASH病態モデルマウスの短期作成 (2024)
  • Author(s): 本多彰宏、鎌田祥太郎、宮脇 瑳恵佳、藤田絢音、金子知央、田中伶奈、蓑毛雪兒、星井瑛介、細田葵衣、今野翼、石井功
  • Organizer: 日本薬学会第144年会
• [Presentation] シアン解毒における相同的硫黄転移酵素2種の異なる役割 (2023)
  • Author(s): 神保亮太、渋谷海、清水萌瑞、星井瑛介、篠塚大輝、梶原若、蘭光健人、赤星軌征、石井功
  • Organizer: 2023年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] C57BL/6Jマウスを用いたNASH病態モデルの短期作成 (2023)
  • Author(s): 本多彰宏、宮脇瑳恵佳、藤田絢音、金子知央、鎌田祥太郎、石井功
  • Organizer: 2023年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] NASH治験薬3種とPPARα/δ/γ受容体との複合体結晶の構造解析 (2023)
  • Author(s): 鎌田祥太郎、本多彰宏、石川諒、赤羽真、藤田絢音、金子知央、宮脇瑳恵佳、垣生有希、椎山結、内井希恵、町田優衣、石井功
  • Organizer: 2023年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] ハプテン誘導性大腸炎・接触皮膚炎における超硫黄分子産生酵素2種の異なる役割 (2023)
  • Author(s): 赤星軌征、長谷川凌花、山本真吾、竹本麟太郎、吉澤俊樹、梶原若、石井功
  • Organizer: 2023年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] Corepressor結合apo型PPARα/γ-リガンド結合部位の構造解析 (2022)
  • Author(s): 渡瀬健太郎，増田莉紗，柏木野花，八代清香，本多彰宏，鎌田祥太郎，石井 功
  • Organizer: 2022年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] マウス体温調節及び脂肪細胞分化における2種硫化水素産生酵素の役割 (2022)
  • Author(s): 岸山千優，手塚課帆里，村田優太，上茶谷若，赤星軌征，石井功
  • Organizer: 2022年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] シアン解毒酵素ロダネーゼのマウス組織分布：タンパク質発現と酵素活性 (2022)
  • Author(s): 星井瑛介，蘭光健人，渋谷海，渡瀬健太郎，篠塚大輝，金指充瑠，上茶谷若，赤星軌征，石井功
  • Organizer: 2022年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] 生体内硫黄転移・シアン解毒酵素のマウスにおける生理的意義 (2022)
  • Author(s): 清水萌瑞，蘭光健人，對馬舞子，増田佳穂，橋本千帆里，小泉舞果，小川清歌，丸山由莉，上茶谷若，赤星軌征，石井功
  • Organizer: 2022年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] NASH治験薬であるElafibranor、Lanifibranor及びSeladelpar のPPARα/δ/γサブタイプへの結合・活性化様式の解析 (2022)
  • Author(s): 鎌田祥太郎，内井希恵，垣生有希，金子知央，小森優奈，本多彰宏，石井功
  • Organizer: 2022年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] Fibrate系脂質異常症薬であるBezafibrate、Fenofibric acid及びPemafibrate のPPARα/δ/γサブタイプへの結合・活性化様式の解析 (2022)
  • Author(s): 本多 彰宏，椎山 結，町田 優衣，金子 知央，島村 歩実， 鎌田 祥太郎，大山 拓次，石井 功
  • Organizer: 2022年度日本生化学会関東支部例会
• [Presentation] Physiological roles of two cognate sulfurtransferase MPST and TST in the mouse (2022)
  • Author(s): Isao Ishii, Maiko Tsushima, Kaho Masuda, Chihiro Hashimoto, Maika Koizumi, Sayaka Ogawa, Moe Shimizu, Yuri Maruyama, Waka Kamichatani, Kento Rammitsu, Noriyuki Akahoshi
  • Organizer: Redox Week in Sendai/NO conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fibrate系脂質異常症薬のPPARα/δ/γサブタイプ選択性に関する機能的および構造的な洞察 (2022)
  • Author(s): 本多彰宏，鎌田祥太郞，赤羽真，町田優衣，内井希恵，椎山結，垣生有希，宮脇瑳恵佳，金子知央，大山拓次，石井功
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] マウス寒冷曝露時の体温調節及び脂肪細胞分化における2種硫化水素産生酵素の役割 (2022)
  • Author(s): 石黒一樹，手塚かほり，村田優太，岸山千優，上茶谷若，赤星軌征，石井功
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Remarks] Isao Ishii
  • URL: https://www.shoyaku.ac.jp/research/laboratory/eisei/teacher/50/en
• [Remarks] 石井功 大学web site
  • URL: https://www.shoyaku.ac.jp/research/laboratory/eisei/teacher/50