2019 Fiscal Year Annual Research Report
Sulfur-mediated energy metabolism, sulfur respiration: Its discovery and physiological functions
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18H05277
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本橋 ほづみ 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (00282351)
西田 基宏 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (90342641)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | イオウ呼吸 / システインパースルフィド / イオウメタボローム / エネルギー代謝 / ミトコンドリア機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、根本的な生命のしくみでありながら、いまだに未知のエネルギー代謝であるイオウ呼吸の全容を解明することで、人類の健康、疾病および寿命のコントロールを可能にする生命科学のセントラルドクマの創成に挑む。これまでに、我々が開発した高感度タンデム質量分析計(LC-MS/MS)による各種イオウ化合物の検出・同定システムにより、システインパースルフィドをはじめとする活性イオウ分子種が大腸菌から哺乳類に至るまで生物種横断的に生成され、タンパク質翻訳に共役した新規ポリスルフィド生成系としてシステインtRNA合成酵素(CARS)を同定した。本年度は、真核生物・哺乳類のエネルギー代謝におけるイオウ呼吸の役割の全容解明に向けて、ミトコンドリアにおける活性イオウ分子のエネルギー代謝解析と、酵母を用いた寿命解析を行った。培養細胞を用いてミトコンドリア機能を解析した結果、ミトコンドリア型のCARS2の産生するパースルフィドを電子受容体にした電子伝達系と、その産物である硫化水素(H2S)に共役したイオウ代謝経路としてSQR (sulfide:quinone oxidoreductase)を介するプロトン供与によるミトコンドリア膜電位形成が確認された。さらに、出芽酵母の寿命解析を行なった結果、CARS変異株(選択的イオウ代謝不全株:タンパク質翻訳は正常)は野生株に比べて、細胞内システンパースルフィド量が減少し、経時寿命が大幅に短縮することが確認された。これらのことから、ミトコンドリア電子伝達系に共役したCARSとSQRを介するイオウ代謝経路が、真核生物・ヒトのイオウ呼吸に重要な役割を果たしていることが示唆された。
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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
新規活性イオウ生成系およびミトコンドリア電子伝達系と共役したイオウ代謝系の解明のための解析を行ったが、そのために本研究の当初目的の一つであるミトコンドリアのイオウ依存型エネルギー形成機構の解明に関する知見をさらに深めることができ、研究はおおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の当初目的に照らして、研究遂行の上での問題はなく順調に研究が進展している。今後は、ミトコンドリアのイオウ代謝系の解明を中心として、当初計画どおり、真核生物・哺乳類のエネルギー代謝におけるイオウ呼吸の役割の全容解明に向けた研究を推進していく。
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[Journal Article] Control of protein function through oxidation and reduction of persulfidated states2020
Author(s)
Doka E., Ida T., Dagnell M., Abiko Y., Luong N. C., Balog N., Takata T., Espinosa B., Nishimura A., Cheng Q., Funato Y., Miki H., Fukuto J. M., Prigge J. R., Schmidt E. E., Arner E. S. J., Kumagai Y., Akaike T., Nagy P.
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Journal Title
Science Advances
Volume: 6
Pages: eaax8358
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Long-lasting blood pressure lowering effects of nitrite are NO-independent and mediated by hydrogen peroxide, persulfides, and oxidation of protein kinase G1α redox signalling2019
Author(s)
Feelisch M., Akaike T., Griffiths K., Ida T., Prysyazhna O., Goodwin J. J., Gollop N. D., Fernandez B. O., Minnion M., Cortese-Krott M. M., Borgognone A., Hayes R. M., Eaton P., Frenneaux M. P., Madhani M.
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Journal Title
Cardiovascular Research
Volume: 116
Pages: 51～62
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Nitrosative stress in patients with asthma-chronic obstructive pulmonary disease overlap2019
Author(s)
Kyogoku Y., Sugiura H., Ichikawa T., Numakura T., Koarai A., Yamada M., Fujino N., Tojo Y., Onodera K., Tanaka R., Sato K., Sano H., Yamanaka S., Itakura K., Mitsune A., Tamada T., Akaike T., Ichinose M.
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Journal Title
Journal of Allergy and Clinical Immunology
Volume: 144
Pages: 972～983.e14
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Data‐driven identification of hydrogen sulfide scavengers2019
Author(s)
Yang C.‐T., Wang Y., Marutani E., Ida T., Ni X., Xu S., Chen W., Zhang H., Akaike T., Ichinose F., Xian M.
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Journal Title
Angewandte Chemie
Volume: 58
Pages: 10898～10902
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Oxidation of PKGIα mediates an endogenous adaptation to pulmonary hypertension2019
Author(s)
Rudyk O., Rowan A., Prysyazhna O., Krasemann S., Hartmann K., Zhang M., Shah A. M., Ruppert C., Weiss A., Schermuly R. T., Ida T., Akaike T., Zhao L., Eaton P.
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 116
Pages: 13016～13025
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Distribution of polysulfide in human biological fluids and their association with amylase and sperm activities2019
Author(s)
Ikeda M., Ishima Y., Chuang V. T. G., Sakai M., Osafune H., Ando H., Shimizu T., Okuhira K., Watanabe H., Maruyama T., Otagiri M., Akaike T., Ishida T.
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Journal Title
Molecules
Volume: 24
Pages: 1689～1689
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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