2017 Fiscal Year Annual Research Report
Polysulfur metabolome and regulation of anti-oxidative stress responses
| Project Area | Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life |
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| Project/Area Number |
26111008
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 泰男 昭和薬科大学, 薬学部, 教授 (10273228)
澤 智裕 熊本大学, 生命科学研究部(医), 教授 (30284756)
朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 教授 (50211884)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 活性酸素 / 代謝 / ケミカルバイオロジー / メタボローム / 抗酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、システインのイオウ付加体であるシステインパースルフィドをはじめとする活性ポリスルフィドの生理機能に注目し、メタボローム解析手法（ポリサルファメタボローム）を駆使して、動物および植物における活性イオウ・ポリサルファ系のユニークな抗酸化制御システムの全貌を解明することを目的としている。昨年度までの研究において活性ポリスルフィドを網羅的かつ定量的に測定するメタボローム解析系を確立し、生体内に存在する様々な活性イオウ分子種の検出と動態解析、代謝経路と生理機能解析を行ってきた。本年度は、システイン-tRNA合成酵素（CARS）による翻訳に共役した新規ポリスルフィド生成系について、ポリスルフィド生成の分子メカニズムおよびその生理学的機能についての解析を行った。細菌および哺乳類の各種CARSの解析から、CARSがシステインを基質としてシステインパースルフィドを産生することが分かった。CARSのパースルフィド産生活性は細菌などの原核生物から哺乳類を含めた真核生物まで種横断的に保存されており、パースルフィド合成活性とCARS本来のシステイニルtRNA合成活性とは異なる活性部位が司っていることが明らかになった。さらに、ミトコンドリア型のCARS2のノックアウト細胞の解析から、CARS2が産生するパースルフィドはミトコンドリアの酸素消費速度や膜電位形成の制御に深く関わっており、ミトコンドリアの電子伝達およびエネルギー産生における活性ポリスルフィドの関与が示唆された。ポリスルフィドによるミトコンドリアのエネルギー産生制御の分子機構について今後さらに詳細な解析を進め、生体内ポリスルフィドの生理機能の解明向けた研究を進めていく。
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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
活性イオウ・ポリサルファの生理機能解明に関する当初の研究目的および研究計画に沿って研究を進めることができており、おおむね予定通りの実験・解析の遂行と研究成果を得ることができているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の当初の目的と計画に沿って順調に研究が進展し研究成果が得られており、研究を進める上で問題となるような事項は特にない。今後は、ひきつづき、新しく発見したシステイン-tRNA合成酵素によるポリスルフィド生成系の役割の解明を中心として、当初計画通り、動物および植物における活性イオウ・ポリサルファ系のユニークな抗酸化制御システムの全貌解明に向けた研究を推進していく。
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[Journal Article] Involvement of nitric oxide/reactive oxygen species signaling via 8-nitro-cGMP formation in 1-methyl-4-phenylpyridinium ion-induced neurotoxicity in PC12 cells and rat cerebellar granule neurons2018
Author(s)
Masuda K, Tsutsuki H, Kasamatsu S, Ida T, Takata T, Sugiura K, Nishida M, Watanabe Y, Sawa T, Akaike T, Ihara H.
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Journal Title
Biochem Biophys Res Commun
Volume: 495
Pages: 2165～2170
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] 8-Nitro-cGMP is a promoter of osteoclast differentiation induced by RANKL2018
Author(s)
Kaneko K, Miyamoto Y, Tsukuura R, Sasa K, Akaike T, Fujii S, Yoshimura K, Nagayama K, Hoshino M, Inoue S, Maki K, Baba K, Chikazu D, Kamijo R.
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Journal Title
Nitric Oxide
Volume: 72
Pages: 46～51
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Cysteine perthiosulfenic acid (Cys-SSOH): A novel intermediate in thiol-based redox signaling?2018
Author(s)
Heppner DE, Hristova M, Ida T, Mijuskovic A, Dustin CM, Bogdandi V, Fukuto JM, Dick TP, Nagy P, Li J, Akaike T, van der Vliet A.
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Journal Title
Redox Biol
Volume: 14
Pages: 379～385
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Quantitative determination of polysulfide in albumins, plasma proteins and biological fluid samples using a novel combined assays approach2017
Author(s)
Ikeda M, Ishima Y, Shibata A, Chuang VTG, Sawa T, Ihara H, Watanabe H, Xian M, Ouchi Y, Shimizu T, Ando H, Ukawa M, Ishida T, Akaike T, Otagiri M, Maruyama T.
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Journal Title
Anal Chim Acta
Volume: 969
Pages: 18～25
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Disruption of the structural and functional features of surfactant protein A by acrolein in cigarette smoke2017
Author(s)
Takamiya R, Uchida K, Shibata T, Maeno T, Kato M, Yamaguchi Y, Ariki S, Hasegawa Y, Saito A, Miwa S, Takahashi H, Akaike T, Kuroki Y, Takahashi M.
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Journal Title
Sci Rep
Volume: 7
Pages: 8304
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] 8-Nitro-cGMP promotes bone growth through expansion of growth plate cartilage2017
Author(s)
Hoshino M, Kaneko K, Miyamoto Y, Yoshimura K, Suzuki D, Akaike T, Sawa T, Ida T, Fujii S, Ihara H, Tanaka J, Tsukuura R, Chikazu D, Mishima K, Baba K, Kamijo R.
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Journal Title
Free Radic Biol Med
Volume: 110
Pages: 63～71
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Exposure to electrophiles impairs reactive persulfide-dependent redox signaling in neuronal cells2017
Author(s)
Ihara H, Kasamatsu S, Kitamura A, Nishimura A, Tsutsuki H, Ida T, Ishizaki K, Toyama T, Yoshida E, Abdul Hamid H, Jung M, Matsunaga T, Fujii S, Sawa T, Nishida M, Kumagai Y, Akaike T.
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Journal Title
Chem Res Toxicol
Volume: 30
Pages: 1673～1684
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Production of reactive persulfide species in chronic obstructive pulmonary disease2017
Author(s)
Numakura T, Sugiura H, Akaike T, Ida T, Fujii S, Koarai A, Yamada M, Onodera K, Hashimoto Y, Tanaka R, Sato K, Shishikura Y, Hirano T, Yanagisawa S, Fujino N, Okazaki T, Tamada T, Hoshikawa Y, Okada Y, Ichinose M.
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Journal Title
Thorax
Volume: 72
Pages: 1074～1083
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics2017
Author(s)
Akaike T, Ida T, Wei FY, Nishida M, Kumagai Y, Alam MM, Ihara H, Sawa T, Matsunaga T, Kasamatsu S, Nishimura A, Morita M, Tomizawa K, Nishimura A, Watanabe S, Inaba K, Shima H, Tanuma N, Jung M, Fujii S, Watanabe Y, Ohmuraya M, Nagy P, Feelisch M, Fukuto JM, Motohashi H.
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 8
Pages: 1177
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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