2017 Fiscal Year Annual Research Report
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17H06170
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798)
上原 孝 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (00261321)
安達 貴弘 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (50222625)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | 短寿命活性種 / 自然免疫 / ポリスルフィド / タンパク質フォールディング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 抗酸化剤に由来する短寿命分子種の同定・検出：ワインなどに含まれるポリフェノールとして有名なレスベラトロールの代謝物（ピセアタンノール）がタンパク質に作用して生成される短寿命分子として酸化リジン (α-aminoadipic semialdehyde) を同定し、さらにLC-ESI-MS/MSによる高感度検出にも成功した。ピセアタンノールとの反応により生成するタンハク質の構造変化をLC-ESI-MS/MSを用いて機器分析により詳細に解析した結果、リジン２分子が架橋したdehydrolysinonorleucineを検出した。
2. 短寿命抗酸化剤代謝物によるタンパク質の新機能獲得：酸化型ビタミンCと反応させたタンパク質が自然抗体IgM産生を伴う自然免疫機構を活性化することを見出した。また、カテキンとして知られるポリフェノールEGCGと反応させたタンパク質が、自然抗体IgMだけでなくアポリポタンパク質Eとも相互作用することを発見した。
3. 過硫黄分子によるタンパク質パースルフィド化：イオウ関連分子の生理機能解明のために、質量分析による生体内イオウ代謝物質のメタボローム解析を行い、新規ポリスルフィド合成系としてシステイン-tRNA合成酵素（CARS）を同定した。また、CARSが産生するシステインパースルフィドがミトコンドリアにおけるエネルギー産生の制御に関わることを明らかにした。
4. 短寿命分子種による細胞内タンパク質機能制御：活性硫黄種がPDI のポリサルファー化を介して酵素活性を亢進させ、小胞体での異常タンパク質の蓄積を抑制することでストレス抵抗性を獲得する可能性を明らかにした。また、一酸化窒素の標的として同定したDNAメチル基転移酵素の修飾部位に関して、LC-MS/MS 解析を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
タンパク質のgain-of-functionとして、自然抗体リガンドに着目し、短寿命分子として酸化リジン (α-aminoadipic semialdehyde) を同定し、さらに抗原構造としてリジン架橋物dehydrolysinonorleucineを同定するなど、分子機構の全体像を解明した (Furuhashi et al., Biochemistry, 2017)。また、自然抗体だけでなく、新たな血清因子との相互作用を明らかにするなど、当初の計画以上の進展があった。また、過硫黄分子によるタンパク質パースルフィド化では、新規ポリスルフィド合成系としてシステイン-tRNA合成酵素（CARS）を同定し、さらにCARSが産生するシステインパースルフィドがミトコンドリアにおけるエネルギー産生の制御に関わることを明らかにした (Akaike et al., Nat. Commun., 2017)。さらに、過硫黄分子が小胞体での異常タンパク質の蓄積を抑制することでストレス抵抗性を獲得する可能性を明らかにし、一酸化窒素の標的として同定したDNAメチル基転移酵素の修飾部位に関して、LC-MS/MS 解析を進めるなど大きな進展が見られた
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 抗酸化剤に由来する短寿命分子種の同定・検出：初年度における抗酸化剤に由来する短寿命分子種を介した自然抗体リガンド生成に関する知見を元に、修飾タンパク質上の構造変化を分子レベルで解析する。具体的には、アルブミン表面の活性リジン残基に変異を導入した組み換えタンパク質を用い、アルブミン表面の特定の位置における特定の化学修飾に対するIgMによる認識メカニズムの詳細を精査する。
2. 短寿命抗酸化剤代謝物によるタンパク質の新機能獲得：ビタミンCなどの抗酸化剤を介した自然抗体IgM産生に関わる標的細胞種を同定する。さらに同定した標的細胞を単離し、各種阻害剤及び遺伝子ノックダウン法を用いることで、修飾タンパク質受容・応答機構を明らかにする。
3. 過硫黄分子によるタンパク質パースルフィド化：ポリスルフィドによるミトコンドリア機能制御の分子機構と生理的機能の詳細な解析を行う。さらに、食餌によるイオウ摂取と生体内ポリスルフィド産生との関連およびイオウ代謝が関わる生理機能についての解析を進めていく。
4. 短寿命分子種による細胞内タンパク質機能制御：活性硫黄種の小胞体ストレス軽減を介した神経細胞保護効果を検討する。また，NOに加えて種々の親電子性化合物によるDNAメチル基転移酵素調節機構の詳細を検討する。
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[Journal Article] Disruption of the structural and functional features of surfactant protein A by acrolein in cigarette smoke2017
Author(s)
Takamiya R, Uchida K, Shibata T, Maeno T, Kato M, Yamaguchi Y, Ariki S, Hasegawa Y, Saito A, Miwa S, Takahashi H, Akaike T, Kuroki Y, Takahashi M.
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 7
Pages: 8304
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Lipid radicals cause light-induced retinal degeneration.2017
Author(s)
Enoki M, Shinto S, Matsuoka Y, Otsuka A, Kaidzu S, Tanito M, Shibata T, Uchida K, Ohira A, Yamato M, Yamada KI.
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Journal Title
Chem. Commun.
Volume: 53
Pages: 10922-10925
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics2017
Author(s)
Akaike T, Ida T, Wei FY, Nishida M, Kumagai Y, Alam MM, 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, Motohashi H.
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Journal Title
Nature Commun.
Volume: 8
Pages: 1177
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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