ウイルス侵入の鍵となる硫酸化の仕組みの解明と阻害剤探索

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K07763
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 水光 正仁 宮崎大学, 理事・副学長 (00128357)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 榊原 陽一 宮崎大学, 農学部, 教授 (90295197) ; 黒木 勝久 宮崎大学, 農学部, 助教 (20647036)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 硫酸転移酵素 / 翻訳後修飾 / チロシン硫酸化 / 分泌タンパク質 / 膜タンパク質 / ゼブラフィッシュ / 活性硫酸 / X線結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

生体内で働くタンパク質の中には、特定のチロシン残基が硫酸化修飾を受けることで、機能が制御されているものがある。この修飾は、抗原抗体反応、補体カスケード、HIVを含むウイルスの感染等、様々な生命現象への関わりが報告されている。硫酸化修飾を担っているのは、タンパク質チロシン硫酸転移酵素（TPST）である。
平成29年度は、結晶構造解析に成功したヒトhTPST1の論文作成と国際誌への投稿を行った。その結果、Scientific Reports, (2017)に掲載された。hTPST1は、可溶性タンパク質として大量発現させ、その後、反応後生成物である3’,5’-Phosphoadenosine phosphate (PAP)と基質となる補体C4タンパク質からデザインした11残基のペプチドとの共存下で結晶化した。このhTPST1は、hTPST2と同様に、二量体を形成し、その二量体の間につくられる奥深い溝の部分でターゲットとなるタンパク質のチロシン残基部分を結合して、その部分で特異的に硫酸基をつけていることが判明した。
また、真核生物の生体内での硫酸化には、唯一の硫酸供与体である活性硫酸PAPSが必須である。これらのPAPS合成酵素遺伝子は2種類存在する。硫酸化の生理機能を解明するために、ゼブラフィッシュをモデルとした活性硫酸合成酵素(PAPSS)のクローニング・諸性質の検討を行った。その結果、生理的pH条件下において、zfPAPSS１はzfPAPSS2よりもATPに対する親和性が高く最大反応速度が遅く、温度安定性が低いことが明らかとなった。
さらに、ゼブラフィッシュを用いて遺伝子ノックダウン及び2D-DIGEによるPAPSSアイソフォームの生理機能解明を試みた。その結果、PAPSSアイソフォーム遺伝子ごとにそれぞれ差異のある表現型及びタンパク質発現が観察された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

結晶構造解析に成功したヒトhTPST1の論文作成と国際誌への投稿を行った。その結果、Scientific Reports, (2017)に掲載されたことから。
また、真核生物の生体内での硫酸化には、硫酸供与体である活性硫酸PAPSが必須である。硫酸化の生理機能を解明するために、ゼブラフィッシュをモデルとした活性硫酸合成酵素(PAPSS)のクローニング・諸性質の検討行った。その結果、生理的pH条件下において、zfPAPSS１はzfPAPSS2よりもATPに対する親和性が高く最大反応速度が遅く、温度安定性が低いことを明らかにしたことから。

Strategy for Future Research Activity

予備実験として、ゼブラフィッシュをモデルとしたTPST遺伝子ノックダウンによる生理機能解析から、TPSTは、胚発生に重要な影響を与えている。また、活性硫酸PAPS合成遺伝子をノックダウンした場合、表現型の異常が顕著に見られた。これらのことから、ノックダウン個体のプロテオーム解析を行うことで、高発現または低発現タンパク質を特定し、硫酸化に係わるタンパク質や代謝制御のメカニズムを明らかにする。

Causes of Carryover

物品の購入において、より安い価格のものを選択したため。
次年度使用額は、平成30年度の物品購入費として使用の予定。

Research Products

• [Int'l Joint Research] オハイオ州/トレド大学/薬学部(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: オハイオ州/トレド大学/薬学部
• [Journal Article] Radical scavenging effects of 1-naphtol, 2-naphthol, and their sulfate-conjugates. (2018)
  • Author(s): Sugahara, S., Fukuhara, K., Tokunaga, Y., Tsutsumi, S., Ueda, Y., Ono, M., Kurogi, K., Sakakibara, Y., Suiko, M., Liu, M.-C., Yasuda, S.
  • Journal Title: The Journal of Toxicological Sciences Volume: 43 Pages: 213-221
  • DOI: 10.2131/jts.43.213.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of human sulfotransferase 2A1 genetic polymorphisms 3 on the sulfation of Tibolone. (2018)
  • Author(s): Miller, E., Zalzala, M.H., Abunnaja, M.S, Kurogi, K., Sakakibara, Y., Suiko, M., Liu, M.-C.
  • Journal Title: European Journal of Drug Metabolism and Pharmacokinetics Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1007/s13318-017-0458-2.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sulfation of catecholamines and serotonin by SULT1A3 allozymes. (2018)
  • Author(s): Bairam, A.F., Rasool, M.I., Alherz, F.A., Abunnaja, M.S., El Daibani, A.A., Gohal, S.A., Kurogi, K., Sakakibara, Y., Suiko, M., Liu, M.-C.
  • Journal Title: Biochamical Pharmacology Volume: 151 Pages: 104-113
  • DOI: 10.1016/j.bcp.2018.03.005.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regioselective production of sulfated polyphenols using human cytosolic sulfotransferase-expressing Escherichia coli cells. (2017)
  • Author(s): Shimohira, T., Kurogi, K., Hashiguchi, T., Liu, M.-C., Suiko, M., Sakakibara, Y.
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 124 Pages: 84-90
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.02.006.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification and characterization of the zebrafish glutathione S-transferase Pi-1. (2017)
  • Author(s): Abunnaja, M. S., Kurogi, K., Mohammed, Y. I., Sakakibara, Y., Suiko, M., Hassoun, E., Liu, M.-C.
  • Journal Title: Journal of Biochemical and Molecular Toxicology Volume: 31 Pages: -
  • DOI: 10.1002/jbt.21948
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification and characterization of the responsible human cytosolic sulfotransferases. (2017)
  • Author(s): Kurogi, K., Sakakibara, Y., Suiko, M., Liu, M.-C.
  • Journal Title: Federation of European Biochemical Societies Letters Volume: 591 Pages: 2417-2425
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12767.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Δ4-3-Ketosteroids as a new class of substrates for the cytosolic sulfotransferases. (2017)
  • Author(s): Hashiguchi, T., Kurogi, K., Shimohira, T., Teramoto, T., Liu, M.-C., Suiko, M., Sakakibara, Y.10.1016/j.bbagen.2017.08.005.
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta Volume: 1861 Pages: 2883-2890
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.08.005.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification and characterization of 5alpha-cyprinol-sulfating cytosolic sulfotransferases (Sults) in the Zebrafish (Danio rerio). (2017)
  • Author(s): Kurogi, K., Yoshihama, M., Horton, A., Schiefer, I.T., Krasowski, M.D., Hagey, L.R., Williams, F.E., Sakakibara, Y., Kenmochi, N., Suiko, M., Liu, M.-C.
  • Journal Title: The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology Volume: 174 Pages: 120-127
  • DOI: 10.1016/j.jsbmb.2017.08.005.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural basis for the broad substrate specificity of the human tyrosylprotein sulfotaransferase-1. (2017)
  • Author(s): Tanaka, S., Nishiyori, T., Kojo, H., Otsubo, R., Tsuruta, M., Kurogi, K., Liu, M.-C., Suiko, M., Sakakibara, Y., Kakuta, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 8776
  • DOI: 10.1038/s41598-017-07141-8.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Human cytosolic sulphotransferase SULT1C3: genomic analysis and functional characterization of splice variant SULT1C3 and SULT1C3d. (2017)
  • Author(s): Kurogi, K., Shimohira, T., Kouriki-Nagatomo, H., Zhang, G., Miller, E.R., Sakakibara, Y., Suiko, M., Liu, M.-C.
  • Journal Title: Journal of Biochemistry Volume: 162 Pages: 403-414
  • DOI: 10.1093/jb/mvx044.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] チョウザメおよびその含有成分の機能性 (2018)
  • Author(s): 神力はるな、長濱清子、服部秀美、黒木勝久、築地加代子、水光正仁、榊原陽一
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] プロスタグランジン代謝物のプロスタグランジン受容体への作用解析 (2017)
  • Author(s): 黒木 勝久、榊原 陽一、Liu Ming-Cheh、水光 正仁
  • Organizer: 日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部2017年度合同大阪大会
• [Presentation] 胆汁酸7位特異的硫酸転移酵素SULT2A8の生理機能解明 (2017)
  • Author(s): 下平武彦、黒木勝久、園田真紀子、Ming-Cheh Liu, 水光正仁、角田佳充、榊原陽一
  • Organizer: 第41回蛋白質と酵素の構造と機能に関する九州シンポジウム
• [Presentation] ミクロソーム局在性フェノール硫酸転移酵素の同定を目指した酵素学的研究 (2017)
  • Author(s): 吉瀬仁宣、下平武彦、黒木勝久、水光正仁、榊原陽一
  • Organizer: 第41回蛋白質と酵素の構造と機能に関する九州シンポジウム
• [Presentation] 小胞体ストレスを軽減する食品成分の探索 (2017)
  • Author(s): 杉尾里和、下平武彦、神力はるな、長濱清子、近藤知己、水光正仁、黒木勝久、榊原陽一
  • Organizer: 平成29年度日本生化学会九州支部例会
• [Presentation] 肥育ホルモン硫酸化活性を有するbovine SULTの同定 (2017)
  • Author(s): 石川和希、吉瀬仁宣、下平武彦、水光正仁、黒木勝久、榊原陽一
  • Organizer: 平成29年度日本生化学会九州支部例会
• [Presentation] Tryptophan由来の尿毒症物質indoxyl sulfateとその関連代謝物の抗酸化活性 (2017)
  • Author(s): 堤秀平、菅原進太郎、徳永祐希、志水隼輔、木下英樹、小野政輝、黒木勝久、榊原陽一、水光正仁、安田伸
  • Organizer: フードサイエンスフォーラム第23回学術集会
• [Presentation] 胆汁酸7位硫酸転移酵素の諸性質検討 (2017)
  • Author(s): 下平武彦、黒木勝久、Ming-Cheh Liu, 水光正仁、榊原陽一
  • Organizer: 第24回日本生物工学会九州支部沖縄大会