2021 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] Subtilase cytotoxin from Shiga-toxigenic Escherichia coli impairs the inflammasome and exacerbates enteropathogenic bacterial infection.2022
Author(s)
Tsutsuki Hiroyasu, Zhang Tianli, Yahiro Kinnosuke, Ono Katsuhiko, Fujiwara Yukio, Iyoda Sunao, Wei Fan-Yan, Monde Kazuaki, Seto Kazuko, Ohnishi Makoto, Oshiumi Hiroyuki, Akaike Takaaki, Sawa Tomohiro.
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Journal Title
iScience
Volume: 25
Pages: 104050～104050
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Redox-dependent internalization of the purinergic P2Y6 receptor limits colitis progression.2022
Author(s)
Nishiyama Kazuhiro, Nishimura Akiyuki, Shimoda Kakeru, Tanaka Tomohiro, Kato Yuri, Shibata Takahiro, Tanaka Hiroshi, Kurose Hitoshi, Azuma Yasu-Taka, Ihara Hideshi, Kumagai Yoshito, Akaike Takaaki, Eaton Philip, Uchida Koji, Nishida Motohiro.
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Journal Title
Science Signaling
Volume: 15
Pages: eabj0644
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Virucidal effect of monogalactosyl diacylglyceride from a green microalga, Coccomyxa sp. KJ, against clinical isolates of SARS‐CoV‐2 as assessed by a plaque assay.2021
Author(s)
Hayashi Kyoko, Asai Satomi, Umezawa Kazuo, Kakizoe Hidehumi, Miyachi Hayato, Morita Masanobu, Akaike Takaaki, Kuno Hitoshi, Komatsu Satoko, Watanabe Takumi, Kawahara Toshio.
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Journal Title
Journal of Clinical Laboratory Analysis
Volume: 36
Pages: e24146
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] GRIM-19 is a target of mycobacterial Zn2+ metalloprotease 1 and indispensable for NLRP3 inflammasome activation.2021
Author(s)
Kurane Tomomi, Matsunaga Tetsuro, Ida Tomoaki, Sawada Kazuko, Nishimura Akira, Fukui Masayuki, Umemura Masayuki, Nakayama Masaaki, Ohara Naoya, Matsumoto Sohkichi, Akaike Takaaki, Matsuzaki Goro, Takaesu Giichi.
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Journal Title
The FASEB Journal
Volume: 36
Pages: e22096
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Reprogrammed transsulfuration promotes basal-like breast tumor progression via realigning cellular cysteine persulfidation.2021
Author(s)
Erdelyi Katalin, Ditroi Tamas, Johansson Henrik J., Czikora Agnes, Balog Noemi, Silwal-Pandit Laxmi, Ida Tomoaki, Olasz Judit, Hajdu Dorottya, Matrai Zoltan, Csuka Orsolya, Uchida Koji, Tovari Jozsef, Engebraten Olav, Akaike Takaaki, Borresen Dale Anne-Lise, Kasler Miklos, Lehtio Janne, Nagy Peter.
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Volume: 118
Pages: e2100050118
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Methods in sulfide and persulfide research.2021
Author(s)
Takata Tsuyoshi, Jung Minkyung, Matsunaga Tetsuro, Ida Tomoaki, Morita Masanobu, Motohashi Hozumi, Shen Xinggui, Kevil Christopher G., Fukuto Jon M., Akaike Takaaki.
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Journal Title
Nitric Oxide
Volume: 116
Pages: 47～64
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury.2021
Author(s)
Marutani E, Morita M, Hirai S, Kai S, Grange RMH, Miyazaki Y, Nagashima F, Traeger L, Magliocca A, Ida T, Matsunaga T, Batten A, Li R, Tanaka T, Ikeda T, Nakagawa A, Atochin DN, Ihara H, Olenchock BA, Shen X, Nishida M, Hanaoka K, Kevil CG, Xian M, Bloch DB, Akaike T, Hindle AG, Motohashi H, Ichinose F, et al.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 3108
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Comment on “Evidence that the ProPerDP method is inadequate for protein persulfidation detection due to lack of specificity”.2021
Author(s)
Doka Eva, Arner Elias SJ, Schmidt Edward E, Dick Tobias P, Vliet Albert van der, Yang Jing, Szatmari Reka, Ditroi Tamas, Wallace John L, Cirino Giuseppe , Olson Kenneth, Motohashi Hozumi, Fukuto Jon M, Pluth Michael D, Feelisch Martin, Akaike Takaaki, Wink David A, Ignarro Louis J, Nagy Peter.
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Journal Title
Science Advances
Volume: 7
Pages: eabe7006
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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