2018 Fiscal Year Research-status Report
A novel function of hydrogen sulfide: Protection against heavy metal-induced neurotoxicity
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17K08957
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| Research Institution | Gifu Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
原 宏和 岐阜薬科大学, 薬学部, 准教授 (30305495)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
足立 哲夫 岐阜薬科大学, 薬学部, 教授 (40137063)
神谷 哲朗 岐阜薬科大学, 薬学部, 講師 (60453057)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 活性イオウ分子種 / 亜鉛 / 銅 / 神経細胞死 / 神経細胞保護 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳内必須微量元素である亜鉛（Zn）や銅（Cu）などの金属イオンの脳内恒常性の破綻は、アルツハイマー病（AD）やパーキンソン病（PD）などの神経変性疾患の発症や病態の進展に関与することから、脳内金属イオンの恒常性の是正を指向した治療法の開発が期待されている。生体内生成される硫化水素（H2S）やシステインポリスルフィドなどの活性イオウ分子種（RSS）が神経細胞に対する保護作用を有していることが報告されているが、RSSがZnやCuの脳内動態に及ぼす影響は十分に解析されておらず、また、これら金属により惹起される神経細胞傷害に対するRSSの保護作用についても不明な点が多い。
本年度は、H2SドナーNaHSがCuSO4曝露により惹起される神経細胞傷害に及ぼす影響をヒト神経芽細胞種SH-SY5Y細胞を用いて検討した。その結果、NaHS存在下では、Cuによる神経細胞傷害が増強された。NaHSはCuSO4によるメタロチオネイン遺伝子の発現誘導を著しく亢進した。これらの現象は、Cuキレーターであるbathocuproinedisulfonic acidにより抑制された。CuSO4処理後の細胞内Cu含有量はNaHS存在下で著しく増大したことから、NaHSは細胞へのCu流入を促進させると考えられた。また、Cu取り込みトランスポーターCTR1発現には変化はなく、Cu排出トランスポーターATP7A発現が著しく抑制された。さらに、NaHSとCuSO4を共存させたとき、細胞内活性酸素種（ROS）産生の亢進、ミトコンドリア膜電位の消失および細胞内ATP量の減少が認められた。Bcl2発現も低下したことから、この細胞傷害にはアポトーシスの関与が示唆された。以上の結果から、H2SによるCu毒性の増強は、細胞内のCu含有量が増加し、さらにその排出も抑制されるために、細胞内Cuが過剰となり細胞傷害が増大すると考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、CuによるSH-SY5Y細胞傷害に対するH2Sの影響について検討した。CuはZnと同様にH2Sと反応し、硫化物（CuS）を形成することから、Cuによる細胞毒性もH2S存在下で軽減されるのではないかと推測していた。しかし、予想に反し、H2S存在下でSH-SY5Y細胞に対するCu毒性は増大した。その機序について解析を行い、Cuの細胞内への流入をH2Sが促進すること、Cuの排出に関与するトランスポーターATP7Aタンパクの発現が著しく減少することが判明した。これらの結果から、H2Sは重金属による細胞傷害に対して曝露する金属の違いにより異なる作用を示すことが明らかとなった。
以上の研究推進状況から、申請者は実験計画がおおむね予定通り進行していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．ポリスルフィドによるZn毒性の軽減作用
SH-SY5Y細胞をポリスルフィド（Na2S3）で前処置したとき、Znにより惹起される細胞傷害が抑制された。Na2S3によりメタロチオネインの発現が亢進し、また、Zn曝露により亢進するROSの産生は抑制された。これら結果から、Na2S3で処理した細胞では、細胞内に流入した過剰なZnをメタロチオネインがトラップすることで細胞保護作用を発揮していると考えられた。本年度は、Na2S3がメタロチオネイン発現を亢進する分子機構の解明に取り組む。
２．酸化ストレスにより惹起されるCu恒常性破綻の分子機構
本年度、PDのモデル動物の作製に用いる6-hydroxydopamine（6-OHDA）でSH-SY5Y細胞を処理したとき、ATP7Aタンパク発現が著しく低下することを見出した。脳内のCu代謝異常がADやPDなどの神経変性疾患の発症・病態の進展に影響を及ぼすことが報告されているが、十分な解析は行われていない。6-OHDAによるATP7Aタンパクの発現低下はPDにおいてCuの細胞内動態に異常が起きている可能性を示すものである。そこで、次年度は、神経細胞におけるCu動態に着目し解析を行い、PDとCuの関連性の解明に取り組む。
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| Causes of Carryover |
理由：当研究室では、酸化ストレスや生体微量元素の金属（Fe、ZnおよびCu）に関する研究を展開していることから、使用する試薬などは研究室共通で使うものも多い。本年度は、研究室所属の研究者と共通で使用する物品（試薬など）を共同購入することで、予算を当初より削減することができたため、一部予算を次年度に繰り越した。
使用計画：課題研究はおおむね順調に進んでいることから、次年度の研究計画は予定通り進める。
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