2022 Fiscal Year Annual Research Report
Regulation of signal transduction via crosstalk between supersulfide and selenium
| Project Area | Life Science Innovation Driven by Supersulfide Biology |
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| Project/Area Number |
21H05270
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
斎藤 芳郎 東北大学, 薬学研究科, 教授 (70357060)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 雅之 東北大学, 医学系研究科, 教授 (50166823)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Keywords | セレノプロテインＰ / セレン / システインプロテアーゼ / リソソーム / 酸性化 / レドックス / KEAP1 / ラジカルスカンベンジ作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者の研究から血漿中のセレン含有タンパク質セレノプロテインＰ(SeP)が、タンパク質に結合した超硫黄分子を還元し、除去する活性があることを見いだした。本研究課題では、超硫黄分子に対するSePの反応性を解析し、SePによる超硫黄分子の還元・制御機構および細胞内シグナル伝達に対する作用機序を明らかにする。過剰SePが関与する疾病(糖尿病や血管病変、がんなど)と超硫黄分子との関連性を明らかにし、疾病に関わるシグナル伝達(インスリン刺激・細胞増殖など)の制御機構を解明する。さらに、セレン・硫黄代謝を制御する転写因子NRF2のタンパク質分解制御におけるKEAP1の作用メカニズムを解明する。すなわち、KEAP1のシステイン側鎖の超硫黄化状態を解析し、KEAP1の反応性を規定する要因として超硫黄分子および上記シグナル伝達における役割を明らかにする。令和4年度は、超硫黄分子に対するSePの反応性・還元作用(課題1)、過剰SePが関わる疾病における超硫黄分子の関与(課題2)、およびKEAP1のストレス感知における超硫黄分子の役割(課題3)について検討した。課題1については、超硫黄化タンパク質を検出する新たな方法の開発により、トランスフェリンやチロシンフォスファターゼなどの超硫黄化を検出する事に成功した。さらに、超硫黄分子が強いラジカル消去作用を有することを見いだし、セレンや脂質酸化が関わるフェロトーシス細胞死の抑制効果を持つ事を明らかにした（課題2・3とも関連）。生体内における抗酸化システムとして、セレン・SePと超硫黄分子が協調的に働く反面、抗酸化システムが強くなりすぎないフィードバックシステムとしてセレン・SeP系が働く可能性が考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
超硫黄関連の実験系構築が進み、蛍光プローブなどの汎用される実験系構築だけでなく、オリジナルの実験系構築にも成功し、新たな関連分子の同定など、実際ワークすることが確認できた。システインプロテアーゼ以外にもトランスフェリンを含む複数の分子についても超硫黄化が観察され、今後超硫黄化レベルの変化により活性が変動するかなど明らかにしていく予定である。また、新たに超硫黄分子が非常に優れたラジカルスカンベンジ作用を持つ事が明らかとなり、セレン・SePと協調的に抗酸化システムを構築していることが明らかとなるなど、総合的に当初の計画以上に進展していると判断された。次年度もこの取り組みを続け、領域の研究発展に貢献したい。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度までの研究実績に基づき、超硫黄化が検出された分子の機能変化や各種生命現象における超硫黄化の関与およびSePによる還元作用を明らかにする。超硫黄分子に対するSePの反応性・還元作用(課題1)では、超硫黄を還元するアッセイ系をさらに詳細に検討し、ラマン光解析やLC-MS解析も組み合わせて、還元反応の分子機構を明らかにする。また、これまで明らかになっている超硫黄化タンパク質の還元反応も含め、硫黄を何原子外すかなど、困難な課題についても挑戦する。特に、トランスフェリンでは、硫黄何原子により活性が変化するか、また受容体との親和性などについても検討する。過剰SePが関わる疾病における超硫黄分子の関与(課題2)における検討では、細胞レベルでの還元反応とインスリンシグナルにおける役割について明らかにする。さらに、超硫黄分子の抗酸化作用について、ラジカル消去作用に着目し、その関与が認められるフェロトーシス細胞死における役割を明らかにする。KEAP1のストレス感知における超硫黄分子の役割(課題3)では、これまでに同定されているシステイン残基に着目し、各種変異体を用いた解析を進め、その超硫黄化の生体防御における重要性について明らかにする。
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