酸素受容・活性化に伴うリガンドシグナルの生成と制御

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 26111011
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 内田 浩二 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (40203533)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西田 基宏 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (90342641) ; 居原 秀 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60254447)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 活性酸素種 / ケミカルバイオロジー / タンパク質修飾 / リモデリング / レドックス

Outline of Annual Research Achievements

1. LC-ESI-MS/MSを用いた生体内酸化修飾分子の網羅的解析：LC-ESI-MS/MSによるピロールリジンの定量解析の結果、ヒト高脂血症患者血清において有意な増加が観察された。さらに、アポリポタンパク質Eとの相互作用機構について、詳細な解析を行った。2-オキソ-イミダゾール基を有する新しい生体内酸化修飾ペプチドを同定し、安定同位体希釈法による定量的解析法を確立した。この方法を用いて、マウスの各臓器での存在様式を明らかにした。敗血症脳炎モデルマウスの脳内において顕著に増加することを確認するとともに、株化神経細胞を使用して酸化ストレスに起因した増加を確認した。
2. 酸素活性化を起源とするタンパク質酸化修飾による生体防御応答機構の解析：植物性小分子酸素センサーであるポリフェノール類に関して、タンパク質修飾に伴う自然抗体エピトープの生成について検討し、最も強力な誘導物質としてレスベラトロール代謝物であるピセアタンノールを同定した。また、その詳細なタンパク質修飾機構について検討し、タンパク質リジン残基に対して選択的に作用し、これまで酵素生成物と考えられてきたリジン架橋物を産生することを見いだし、反応の全体像を確立した。
3. タンパク質酸化修飾を基軸にした修復・再生応答機構の解明：マクロファージにおけるシクロオキシゲナーゼ-2 (COX-2)誘導分子として同定したホモシステイン化HSAは、ホモシステイン化によりタンパク質の構造変化およびリガンド結合能を増大させるため、COX-2誘導活性を有するようになることが示唆された。一方、慢性心不全の進行に伴って血漿中のグルタチオンペルオキシダーゼ３（Gpx3）の酸化修飾率が増加することに着目し、心筋細胞膜上のカチオンチャネルTRPC3が心臓での活性酸素を増大する原因となることを見出した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

生体内酸化修飾分子の網羅的解析では、2-oxo-histidineを含めイミダゾールジペプチドを世界で初めて検出しており、成果として評価できる。また、生体内外の酸素感受性小分子を起源とする自然免役リガンドの産生に関し、レスベラトロール代謝物によるユニークな架橋生成を新たに見いだしたことは、生命の進化とも関連する酸素生物学における新たな発見と考えられる。血清アルブミンの持つ新たな機能性として、ホモシステイン化による炎症分子へのトランスフォーメション機構を確立しており、今後さらなる成果が期待される。

Strategy for Future Research Activity

いずれの項目においても、分子メカニズムの確立を最優先事項として特に推進すべきだと考えている。特にアポリポタンパク質とピロールリジンとの相互作用を分子レベルで解析するとともに、生体内での代謝運命に関しても解析を行う予定である。また、いずれの項目もin vitroのデータに基づくものが比較的多く、ヒトレベルにおける検証や、少なくとも動物個体において確証を得ることは、生理的・病理的意義の解明をする上でも必要不可欠であるため、この方面のアプローチをさらに進める計画である。

Research Products

• [Journal Article] The purinergic P2Y6 receptor heterodimerizes with the angiotensin AT1 receptor to promote angiotensin II-induced hypertension (2017)
  • Author(s): Nishimura A, Sunggip C, Tozaki-Saitoh H, Shimauchi T, Numaga-Tomita T, Hirano K, Ide T, Boeynaems J-M, Kurose H, Tsuda M, Robaye B, Inoue K, Nishida M.
  • Journal Title: Sci. Signal. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1126/scisignal.aac9187.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TRPC3 participates in angiotensin II type 1 receptor-dependent stress-induced slow increase in intracellular Ca2+ concentration in mouse cardiomyocytes (2017)
  • Author(s): Yamaguchi Y, Iribe G, Kaneko T, Takahashi K, Numaga-Tomita T, Nishida M, Birnbaumer L, Naruse K.
  • Journal Title: J. Physiol. Sci. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s12576-016-0519-3.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MiR30-GALNT1/2 Axis-Mediated Glycosylation Contributes to the Increased Secretion of Inactive Human Prohormone for Brain Natriuretic Peptide (proBNP) From Failing Hearts. (2017)
  • Author(s): Nakagawa Y, Nishikimi T, Kuwahara K, Fujishima A, Oka S, Tsutamoto T, Kinoshita H, Nakao K, Cho K, Inazumi H, Okamoto H, Nishida M, Kato T, Fukushima H, Yamashita JK, Wijnen WJ, Creemers EE, Kangawa K, Minamino N, Nakao K, Kimura T.
  • Journal Title: J Am Heart Assoc. Volume: 6 Pages: e003601
  • DOI: 10.1161/JAHA.116.003601.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Redox regulation of electrophilic signaling by reactive persulfides in cardiac cells (2017)
  • Author(s): Nishida M, Nishimura A, Matsunaga T, Motohashi H, Kasamatsu S, Akaike T.
  • Journal Title: Free Radic Biol Med. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.01.024.
  • Open Access
• [Journal Article] プリン作動性シグナルの心血管系における役割 (2017)
  • Author(s): 西村明幸、西田基宏
  • Journal Title: 日本薬理学雑誌 Volume: 149 Pages: 84-90
• [Journal Article] Identification of C1q as a binding protein for advanced glycation end products (2016)
  • Author(s): Chikazawa, M., Shibata, T., Hatasa, Y., Hirose, S., Otaki, N., Nakashima, F., Ito, M., Machida, S., Maruyama, S., Uchida, K.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 55 Pages: 435-446
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00777.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Oxidative deamination of serum albumins by (-)-epigallocatechin-3-O-gallate: A potential mechanism for the formation of innate antigens by antioxidants (2016)
  • Author(s): Hatasa, Y., Chikazawa, M., Furuhashi, M., Nakashima, F., Shibata, T., Kondo, T., Akagawa, M., Hamagami, H., Tanaka, H., Tachibana, H., and Uchida, K.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 11(4) Pages: e0153002
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0153002.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of lactate dehydrogenase as a mammalian pyrroloquinoline quinone (PQQ)-binding protein (2016)
  • Author(s): Akagawa, M., Minematsu, K., Shibata, T., Kondo, T., Ishii, T., and Uchida, K.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: 26723
  • DOI: 10.1038/srep26723.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Membrane lipid peroxidation in neurodegeneration: Role of thrombin and proteinase-activated receptor-1 (2016)
  • Author(s): Citron, B. A., Ameenuddin, S., Uchida, K., Suo, W. Z., SantaCruz, K., and Festoff, B. W.
  • Journal Title: Brain Res. Volume: 1643 Pages: 10-17
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2016.04.071.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Methylglyoxal, a glycolysis side-product, induces Hsp90 glycation and YAP-mediated tumor growth and metastasis (2016)
  • Author(s): Nokin, M. J., Durieux, F., Peixoto, P., Chiavarina, B., Peulen, O., Blomme, A., Turtoi, A., Costanza, B., Smargiasso, N., Baiwir, D., De Tullio, P., Bianchi, E., Thiry, M., Uchida, K., Spiegel, D. A., Hutton, C. A., De Pauw, E., Delvenne, P., Belpomme, D., Castronovo, D., and Bellahcène, A.
  • Journal Title: eLife Volume: 5 Pages: e19375
  • DOI: 10.7554/eLife.19375.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Screening of Transient Receptor Potential Canonical Channel Activators Identifies Novel Neurotrophic Piperazine Compounds. (2016)
  • Author(s): Sawamura S, Hatano M, Takada Y, Hino K, Kawamura T, Tanikawa J, Nakagawa H, Hase H, Nakao A, Hirano M, Rotrattanadumrong R, Kiyonaka S, Mori MX, Nishida M, Hu Y, Inoue R, Nagata R, Mori Y.
  • Journal Title: Mol Pharmacol. Volume: 89(3) Pages: 348-363
  • DOI: 10.1124/mol.115.102863.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sustained bAR stimulation mediates cardiac insulin resistance in a PKA-dependent manner (2016)
  • Author(s): Mangmool S, Denkaew T, Phosri S, Pinthong D, Parichatikanond W, Shimauchi T, Nishida M.
  • Journal Title: Mol Endocrinol. Volume: 30(1) Pages: 118-132
  • DOI: 10.1210/me.2015-1201.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent progress in studies on the health benefits of pyrroloquinoline quinone (2016)
  • Author(s): Akagawa, M., Nakano, M., Ikemoto, K.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 80 Pages: 13-22
  • DOI: 10.1080/09168451.2015.1062715.
• [Journal Article] Synthesis of radioiodinated probes to evaluate the biodistribution of a potent TRPC3 inhibitor (2016)
  • Author(s): Hagimori M, Murakami T, Shimizu K, Nishida M, Ohshima T, Mukai T.
  • Journal Title: Med. Chem. Comm. Volume: 7(5) Pages: 1003-1006
  • DOI: 10.1039/c6md00023a.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Methylmercury, an environmental electrophile capable of activation and disruption of the Akt/CREB/Bcl-2 signal transduction pathway in SH-SY5Y cells (2016)
  • Author(s): Unoki T, Abiko Y, Toyama T, Uehara T, Tsuboi K, Nishida M, Kaji T, Kumagai Y.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Pages: 28944
  • DOI: 10.1038/srep28944.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TRPC3 positively regulates reactive oxygen species driving maladaptive cardiac remodeling. (2016)
  • Author(s): Kitajima N, Numaga-Tomita T, Watanabe M, Kuroda T, Nishimura A, Miyano K, Yasuda S, Kuwahara K, Sato Y, Ide T, Birnbaumer L, Sumimoto H, Mori Y, Nishida M.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Pages: 37001
  • DOI: 10.1038/srep37001.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TRPC3-GEF-H1 axis mediates pressure overload-induced cardiac fibrosis (2016)
  • Author(s): Numaga-Tomita T, Kitajima N, Kuroda T, Nishimura A, Miyano K, Yasuda S, Kuwahara K, Sato Y, Ide T, Birnbaumer L, Sumimoto H, Mori Y, Nishida M.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Pages: 39383
  • DOI: 10.1038/srep39383.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Redox signaling regulated by electrophiles and reactive sulfur species (2016)
  • Author(s): Nishida M, Kumagai Y, Ihara H, Fujii S, Motohashi H, Akaike T.
  • Journal Title: J. Clin. Biochem. Nutr. Volume: 58(2) Pages: 1-8
  • DOI: 10.3164/jcbn.15-111
  • Open Access
• [Journal Article] アダクトーム解析法を用いた疾患バイオマーカーの探索 (2016)
  • Author(s): 柴田貴広、内田浩二
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 74 Pages: 26-29
• [Journal Article] Redox signaling regulated by an electrophilic cyclic nucleotide and reactive cysteine persulfides (2016)
  • Author(s): Fujii S, Sawa T, Nishida M, Ihara H, Ida T, Motohashi H, Akaike T.
  • Journal Title: Arch Biochem Biophys. Volume: 595 Pages: 140-146
  • DOI: 10.1016/j.abb.2015.11.008.
  • Open Access
• [Presentation] Protein carbonyls as a marker of exposome (2017)
  • Author(s): Koji Uchida
  • Organizer: 第 90 回日本細菌学会総会. レドックス・環境応答-国際シンポジウム(新学術領域「酸素生物学」共催) “Stress responses in environmental and exposure biology”
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-21 – 2017-03-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 親電子修飾によるタンパク質機能活性化 (2016)
  • Author(s): 内田浩二
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会シンポジウム“オルガネラ環境を制御するレドックスシグナル”
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-26 – 2016-09-26
  • Invited
• [Presentation] Natural antibodies as a sensor of oxidation-specific epitopes (2016)
  • Author(s): Koji Uchida
  • Organizer: Shanghai Symposium on Lipid Metabolism and Related Diseases
  • Place of Presentation: Hope Hotel（Shanghai, China)
  • Year and Date: 2016-09-16 – 2016-09-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Electrophiles as a multifunctional molecule (2016)
  • Author(s): Koji Uchida
  • Organizer: 第9回国際NO学会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-05-22 – 2016-05-22
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] Japanese Scientists in Science Signaling 2016「シグナリングに載った日本人研究者」 2017 Issue (2017)
  • Author(s): 西村明幸、西田基宏
  • Total Pages: 80(14-15)
  • Publisher: Science Signaling AAAS, Cosmo Bio Co. Inc.