新規環状ヌクレオチド８－ＳＨ－ｃＧＭＰのシグナル伝達機能の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J05470
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 赤司 壮一郎 東北大学, 医学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: 8-ニトロ-cGMP / 8-SH-cGMP / タンパク質ポリサルファ化 / タンパク質ポリ-S-グアニル化 / 活性酸素 / 一酸化窒素

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、活性酸素と一酸化窒素のシグナルを担う8-ニトロ-cGMPが活性イオウ分子種（ポリサルファ化合物）と反応することにより生成する新規環状ヌクレオチド8-SH-cGMP、およびこれに関連して我々が見出した新規タンパク質翻訳後修飾ポリ-S-グアニル化について、反応メカニズムの詳細とシグナル伝達機能を解明することを目的としている。これまでに8-SH-cGMPの生成動態および生成メカニズムを解明した。そのなかで、細胞内の多くのタンパク質がシステイン側鎖に過剰のイオウを含むこと（タンパク質ポリサルファ化）がわかり、8-ニトロ-cGMPがポリサルファ化タンパク質と反応することによってポリ-S-グアニル化が効率よくもたらされる可能性が見出されてきた。そこで本年度は、ポリサルファ化タンパク質を標的とした8-ニトロ-cGMPによるタンパク質ポリ-S-グアニル化に焦点をあて、この反応メカニズムについて解析した。
まず、タンパク質ポリサルファ化を解析するために、システイン側鎖の修飾剤であるマレイミド誘導体とSDS-PAGEを組み合わせた特異的なポリサルファ化タンパク質の検出法を開発した。また、昨年度構築した安定同位体希釈法とLC-MS/MSによるポリサルファ化合物の解析技術を応用し、タンパク質のポリサルファ化を定量的に解析することに成功した。ポリサルファ化が確認されたヒトGAPDHの精製タンパク質および細胞ライセートを用いて、8-ニトロ-cGMPによるポリ-S-グアニル化の特異的な解析法を構築した。システイン残基を置換したヒトGAPDHの変異体について同様の解析を行ったところ、特定のポリサルファ化システイン残基がポリ-S-グアニル化の標的であることが示唆された。以上より、8-ニトロ-cGMPがポリサルファ化タンパク質の求核性の高いポリサルファ化システイン側鎖と直接反応し、タンパク質の可逆的修飾であるポリ-S-グアニル化がもたらされることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、精製タンパク質および細胞ライセートを用いてポリ-S-グアニル化の特異的な検出法を構築した。また、目的のタンパク質についてポリサルファ化を特異的あるいは定量的に解析する方法を構築した。これにより、8-ニトロ-cGMPがポリサルファ化タンパク質に対して反応することでポリ-S-グアニル化がもたらされることが明らかとなった。以上より、順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

ポリ-S-グアニル化が酵素活性などタンパク質の機能に与える影響を解析し、細胞機能への関わりを明らかにする。また、8-SH-cGMPによるポリ-S-グアニル化についてその反応メカニズムを解析する。

Research Products

• [Journal Article] Persistent Activation of cGMP-Dependent Protein Kinase by a Nitrated Cyclic Nucleotide via Site Specific Protein S-Guanylation (2016)
  • Author(s): Akashi S, Ahmed KA, Sawa T, Ono K, Tsutsuki H, Burgoyne JR, Ida T, Horio E, Prysyazhna O, Oike Y, Rahaman MM, Eaton P, Fujii S, Akaike T
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 55 Pages: 751-761
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00774
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 大腸菌システインtRNA合成酵素による新規システインパースルフィド生成機構の解明 (2016)
  • Author(s): 赤司壮一郎、井田智章、居原秀、Fanyan Wei、富澤一仁、笠松真吾、松永哲郎、藤井重元、澤 智裕、赤池孝章
  • Organizer: 第89回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 大阪国際交流センター（大阪市天王寺区）
  • Year and Date: 2016-03-23 – 2016-03-25
• [Presentation] タンパク質poly-S-グアニル化を介した親電子シグナルの可逆的制御 (2015)
  • Author(s): 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会・第88回生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド神戸国際展示場（神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] タンパク質S-ポリチオール化を介する親電子シグナルの制御メカニズム (2015)
  • Author(s): 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章
  • Organizer: 第15回日本NO学会学術集会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（豊中市）
  • Year and Date: 2015-06-26 – 2015-06-27
• [Presentation] タンパク質S-ポリチオール化による親電子シグナル制御 (2015)
  • Author(s): 赤司壮一郎、笠松真吾、Jung Minkyung、松永哲郎、井田智章、藤井重元、本橋ほづみ、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • Organizer: 第68回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: かごしま県民交流センター（鹿児島市）
  • Year and Date: 2015-06-11 – 2015-06-12
• [Presentation] タンパク質ポリチオール化による親電子シグナル制御 (2015)
  • Author(s): 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、本橋ほづみ、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • Organizer: 第81回 日本生化学会東北支部例会
  • Place of Presentation: 東北大学片平キャンパスさくらホール（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2015-05-09 – 2015-05-09
• [Remarks] 東北大学大学院医学系研究科環境保健医学分野ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.html