Redox-metabolomic analysis of histidine and imidazole dipeptides

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K13089
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 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): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: レドックスメタボロミクス / イミダゾールジペプチド / 酸化ストレス / レドックスシグナル

Outline of Annual Research Achievements

活性酸素種（ROS）や活性窒素酸化物種（RNS）は、アミノ酸などと反応し、二次メッセンジャーに変換されシグナル分子として機能することが明かになってきている。本申請研究では、ヒスチジンンのイミダゾール基に着目し、イミダゾールジぺプチドなどのヒスチジン誘導物質のレドックス代謝物の探索を行うことを目的とした。予備的検討でヒスチジンおよびイミダゾールジペプチドのレッドックス代謝物の検出に成功し、平成28年度は、2-オキソイミダゾールジペプチドを世界に先駆けて定量的に同定した。酸化ストレスが関連している敗血症性脳炎モデルマウスの脳において2-オキソイミダゾールジペプチドのレベルが上昇していることを明らかにした。
平成29年度は、細胞レベルでの酸化ストレスと2-オキソイミダゾールジペプチドとの関連を明らかにするため、カルノシン合成酵素を恒常的に発現するモデル細胞を作製した。カルノシン合成酵素恒常的細胞では、細胞内カルノシンレベルが200倍以上になり、過酸化水素毒性に対して耐性を示した。また、過酸化水素曝露により2-オキソカルノシンの産生が確認された。
また、2-オキソイミダゾールジペプチドの産生メカニズムを明らかにするため、銅/アスコルビン酸による酸化反応、安定同位体酸素を用いた反応、ラジカル補足剤であるアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1-オキシルを用いた反応を行い、銅/アスコルビン酸によるラジカル中間体を形成したのち、分子状酸素由来の酸素原子がイミダゾール基の2位炭素に付加される反応モデルを確立した。

Research Products

• [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 neurons (2018)
  • Author(s): Masuda, Kumiko Tsutsuki, Hiroyasu Kasamatsu, Shingo Ida, Tomoaki Takata, Tsuyoshi Sugiura, Kikuya Nishida, Motohiro Watanabe, Yasuo Sawa, Tomohiro Akaike, Takaaki Ihara, Hideshi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 495 Pages: 2165-2170
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2017.12.088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reactive sulfur species inactivate Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase IV via S-polysulfidation of its active-site cysteine residue (2017)
  • Author(s): Takata, T. Ihara, H. Hatano, N. Tsuchiya, Y. Akaike, T. Watanabe, Y.
  • Journal Title: Biochem J Volume: 474 Pages: 2547-2562
  • DOI: 10.1042/bcj20170092
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 8-Nitro-cGMP Attenuates the Interaction between SNARE Complex and Complexin through S-Guanylation of SNAP-25 (2017)
  • Author(s): Kishimoto Yusuke、Kunieda Kohei、Kitamura Atsushi、Kakihana Yuki、Akaike Takaaki、Ihara Hideshi
  • Journal Title: ACS chemical neuroscience Volume: 9 Pages: 217～223
  • DOI: 10.1021/acschemneuro.7b00363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics (2017)
  • Author(s): Akaike, T. Ida, T. Wei, F. Y. Nishida, M. Kumagai, Y. Alam, M. M. 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, J. M. Motohashi, H.
  • Journal Title: Nature communications Volume: 8 Pages: 1177
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01311-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exposure to Electrophiles Impairs Reactive Persulfide-Dependent Redox Signaling in Neuronal Cells (2017)
  • Author(s): Ihara Hideshi、Kasamatsu Shingo、Kitamura Atsushi、Nishimura Akira、Tsutsuki Hiroyasu、Ida Tomoaki、Ishizaki Kento、Toyama Takashi、Yoshida Eiko、Abdul Hamid Hisyam、Jung Minkyung、Matsunaga Tetsuro、Fujii Shigemoto、Sawa Tomohiro、Nishida Motohiro、Kumagai Yoshito、Akaike Takaaki
  • Journal Title: Chemical research in toxicology Volume: 30 Pages: 1673～1684
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.7b00120
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis of l -cysteine derivatives containing stable sulfur isotopes and application of this synthesis to reactive sulfur metabolome (2017)
  • Author(s): Ono Katsuhiko、Jung Minkyung、Zhang Tianli、Tsutsuki Hiroyasu、Sezaki Hiroshi、Ihara Hideshi、Wei Fan-Yan、Tomizawa Kazuhito、Akaike Takaaki、Sawa Tomohiro
  • Journal Title: Free Radical Biology and Medicine Volume: 106 Pages: 69～79
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.02.023
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化ストレスに対する細胞内カルノシンの神経保護効果 (2017)
  • Author(s): 山陰茜、垣花優希、柴田貴広、内田浩二、居原秀
  • Organizer: 第17回日本NO学会学術集会
• [Presentation] 酸化ストレスに依存した酸化イミダゾールジペプチドの産生 (2017)
  • Author(s): 垣花優希、柴田貴広、内田浩二、居原秀
  • Organizer: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [Presentation] Detection and quantification of 2-oxo-histidine-containing dipeptides (2017)
  • Author(s): Ihara H, Kakihana Y, Shibata T, Uchida K
  • Organizer: The Society for Redox Biology and Medicine's (SfRBM) 24th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research