メタロプロテアーゼの炎症および組織リモデリングにおける作用メカニズム

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09267230
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 前田 浩 熊本大学, 医学部, 教授 (90004613)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤池 孝章 熊本大学, 医学部, 助教授 (20231798)
• Keywords: マトリックスメタロプロテアーゼ / 細菌性プロテアーゼ / 病原因子 / 一酸化窒素 / パーオキシナイトライト / 組織破壊 / 組織修復

Research Abstract

マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)は、感染、炎症、あるいは固型腫瘍の進展・発育において組織破壊とその修復に関与する重要なプロテアーゼ群である。一方近年、感染・炎症の場において一酸化窒素(NO)が過剰に産生され、NO_2やN_2O_3、さらにはONOO^-(パーオキシナイトライト)などの反応性の高い窒素酸化物に変化し、多彩な生物活性を発揮することが知られている。我々はこれまで、MMPの活性化メカニズムを解明するため、ヒト好中球より精製したMMP前駆体(proMMP-8,好中球プロコラゲナーゼ)を用いて、反応性窒素酸化物NO_2およびONOO^-によるMMPの活性化について検討してきた。あわせて、細菌感染病態における組織破壊機構におけるMMPの役割を解析するため、各種細菌性プロテアーゼによるMMPの活性化についても検討した。その結果、ヒトproMMP-8は、μMレベルのNO_2とONOO^-により効率よく活性化され、これはproMMP-8のpropeptide domain(autoinhibitory domain)の一個のL-cys残基がNO_2やONOO^-により酸化されることでMMPの活性化がもたらされるものと思われた(Arch.Biochem.Biophys.342:261,1997)。さらに、本年度の研究により、ONOO^-によるMMPの活性化が、グルタチオン(GSH)により巧妙に調節されていることがわかった。すなわち、GSHはONOO^-と反応することにより、GSHチイールラジカルとなり、MMPのautoinhibitory domainに付加体を形成し、MMPを強く活性化することが明らかとなった(投稿準備中)。この知見は、生体内におけるNOの過剰生成がMMPの活性化を介して組織のリモデリングに関与することを示唆している。一方、細菌性プロテアーゼのうち、特にサーモライシンファミリーに属する細菌性プロテアーゼである緑膿菌エラスターゼとコレラ菌プロテアーゼが強いMMPの活性化を示し、これらプロテアーゼは、これまで全く報告のない全くユニークな部位でMMPを限定分解し、活性化していることがわかった(J.Biol.Chem.272:6059-6066,1997)。

Research Products

• [Publications] T.Okamoto, et al.: "Activation of human matrix metalloproteinases by various bacterial proteinases" J.Biol.Chem.272. 6059-6066 (1997)
• [Publications] H.Muranaka, et al.: "Superoxide scavenging activity of erythromycin-iron complex" Biochem.Biophys.Res.Commun.232. 183-187 (1997)
• [Publications] D.C.Hooper, et al.: "Prevention of experimental allergic encephalitis by targeting nitric oxide and peroxynitrite:Implications for the treatment of multiple sclerosis" Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.94. 2528-2533 (1997)
• [Publications] K.Umezawa, et al.: "Induction of nitric oxide synthesis and xanthine oxidase and their role in the antimicrobial mechanism against Salmonella typhimurium in mice" Infect.Immun.65. 2932-2940 (1997)
• [Publications] K.Maruo, et al.: "Generation of anaphylatoxins through proteolytic processing of C3 and C5 by house dust mite protease" J.Allergy and Clin.Immunol.100. 253-260 (1997)
• [Publications] T.Okamoto, et al.: "Activation of human neutrophil procollagenase by nitrogen dioxides and peroxynitrite:A novel mechanism for procollagenase activation involving nitric oxide" Arch.Biochem.Biophys.342. 253-260 (1997)
• [Publications] T.Akaike, et al.: "Free radicals in viral pathogenesis:Molecular mechanisms involving superoxide and NO" Proc.Soc.Exp.Biol.Med.217. 64-73 (1998)
• [Publications] H.Maeda, et al.: "Human matrix metalloprotease activation by insults of bacterial infection involving proteases and free radicals" Biol.Chem.379. 193-200 (1998)
• [Publications] J.Wu, et al.: "Modulation of enhanced vascular permeability in tumors by a bradykinin antagonist, a cyclooxygenase inhibitor, and a nitric oxide scavenger" Cancer Res.58. 159-165 (1998)
• [Publications] K.Maruo, et al.: "Involvement of bradykinin generation in intravascular dissemination of Vibrio vulnificus and prevention of invasion by a bradykinin antagonist" Infect.Immun.66. 866-869 (1998)
• [Publications] H.Maeda and T.Akaike: "Protease Inhibitors:Novel Therapeutic Application and Development(ed.N.Marcready)" International Business Communications, Inc., Southborough, 33 (1997)
• [Publications] H.Maeda, et al.: "Medical Aspects of Proteases and Protease Inhibitors(eds.N.Katunuma, H.Kido, H.Fritz and J.Travis)" IOS Press, Amsterdam, 11 (1997)
• [Publications] H.Maeda and T.Akaike: "Nitric Oxide in Transplant Rejection and Anti-tumor Defense(eds.J.L.Zweier and S.J.Lukiewicz)" Kluwer Academic Publishers, Norwell(in press), (1998)