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

2016 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 / タンパク質ポリスルフィド化 / 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（ポリスルフィド化合物）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、細胞内のほぼ全て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（タンパク質ポリスルフィド化）が明らかとなり、8-ニトロ-cGMPがポリスルフィド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ことが見出された。そこで本年度は、ポリスルフィド化との関連に着目しながら、タンパク質ポリ-S-グアニル化がタンパク質の機能に与える影響に焦点をあて解析を行った。
タンパク質ポリスルフィド化の特異的な解析法として構築したPMSA法および、トリプシン消化とLC-Q-TOF-MSを組み合わせたポリスルフィド化部位の同定法によって、ヒトGAPDHの精製タンパク質におけるポリスルフィド化の部位特異性と各部位のポリスルフィド化レベルを定量的に解析することに成功した。ポリスルフィド化システイン残基を置換した変異体を用いた解析によって、ポリ-S-グアニル化の標的部位とこのポリスルフィド化部位が一致すること、さらに活性中心の近傍に維持されたポリスルフィド化がポリ-S-グアニル化の主要な標的であり、酵素活性の維持に重要であることが示唆された。以上より、8-ニトロ-cGMPの担う親電子シグナルにおいて、可逆的修飾であるポリ-S-グアニル化がヒトGAPDHの活性中心の保護と酵素活性の維持に重要な役割を担うことが明らかとなった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis and Characterization of 8-Nitroguanosine 3',5'-Cyclic Monophosphorothioate Rp-isomer as a Potent Inhibitor of Protein Kinase G1α (2017)
  • Author(s): Ahmed KA, Zhang T, Ono K, Tsutsuki H, Ida T, Akashi S, Miyata K, Oike Y, Akaike T, Sawa T
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 40 Pages: 365-374
  • DOI: 10.1248/bpb.b16-00880
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Protein polysulfidation-dependent persulfide dioxygenase activity of ethylmalonic encephalopathy protein 1 (2016)
  • Author(s): Jung M, Kasamatsu S, Matsunaga T, Akashi S, Nishimura A, Ono K, Morita M, Abdul Hamid H, Fujii S, Kitamura H, Sawa T, Ida T, Motohashi H, Akaike T
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 480 Pages: 180-186
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.10.022
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPとタンパク質poly-S-グアニル化による親電子シグナルの可逆的制御 (2017)
  • 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90回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター展示棟（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2017-03-19 – 2017-03-20
• [Presentation] 部位特異的タンパク質S-グアニル化を介したcGMP依存性プロテインキナーゼの持続的活性化 (2016)
  • Author(s): 赤司壮一郎、Khandaker Ahtesham Ahmed、澤 智裕、小野勝彦、津々木博康、井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • Organizer: 第89回生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター／東北大学川内北キャンパス（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPによるcGMP依存性プロテインキナーゼの活性化とエンドトキシンショック病態形成のメカニズム (2016)
  • Author(s): 赤司壮一郎、Khandaker Ahtesham Ahmed、澤 智裕、小野勝彦、津々木博康、井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • Organizer: 第69回 日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター会議棟（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2016-08-31
• [Presentation] 敗血症における親電子シグナル伝達物質8-ニトロ-cGMPを介したcGMP依存性プロテインキナーゼの持続的活性化 (2016)
  • Author(s): 赤司壮一郎、Khandaker Ahtesham Ahmed、澤 智裕、小野勝彦、津々木博康、井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • Organizer: 第12回 レドックス・ライフイノベーションシンポジウム
  • Place of Presentation: 熊本大学医学部 医学教育図書棟（熊本市中央区）
  • Year and Date: 2016-08-19
• [Presentation] Protein poly-S-guanylation: Reversible post-translational modification regulated by protein polysulfur and 8-nitro-cGMP (2016)
  • Author(s): Akashi S, Kasamatsu S, Jung M, Matsunaga T, Ida T, Fujii S, Sawa T, Kumagai Y, Motohashi H, Akaike T
  • Organizer: The 9th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Application of Nitric Oxide & The 16th Annual Scientific Meeting of the Nitric Oxide Society of Japan
  • Place of Presentation: Sendai International Center (Aoba-ku, Sendai)
  • Year and Date: 2016-05-21
  • Int'l Joint Research
• [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