2021 Fiscal Year Research-status Report
Reaction mechanism of a novel cysteine persulfide synthase and its function
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20K07306
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
井田 智章 東北大学, 医学系研究科, 助教 (70570406)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 活性イオウ分子種 / システインパースルフィド / システインtRNA合成酵素 / システインパースルフィド合成酵素 / イオウメタボローム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
システインパースルフィド(CysSSH)に代表される活性イオウ分子種は、生体内レドックスバランスを制御し、酸化ストレスに起因する様々な病態・疾患に対して防御的機能を発揮している。研究代表者らは翻訳のマスター酵素の一つであるシステインtRNA合成酵素(CARS)が、生体内で主要なCysSSH合成酵素(CPERS)として機能していることを見出した。本研究課題では、CARS/CPERSによるCysSSH合成制御機構を解明し、活性イオウ分子種・ポリスルフィド化タンパク質生成動態とその機能を明らかにすることを目的としている。
本年度は、遺伝子改変技術CRISPR/Cas9システムを用いて、CARS/CPERS欠損培養細胞やマウス等のバイオリソースの作成に成功し、その生体内活性イオウ分子種の生成動態を解析した。加えて、CARS/CPERSのPLP結合サイトのリジンをアラニンに置換した変異マウス(AINKマウス)の各種活性イオウ分子種生成レベルの減少を見出した。さらに、大腸菌のCARSだけでなく、他の19種のアミノアシル-tRNA合成酵素のCysSSH合成活性を各種組換えタンパク質を調製し、検討した結果、興味深いことにCARS以外にも、leucyl-tRNA合成酵素を筆頭にCysSSH合成活性に差異はあるものの、全てのアミノアシル-tRNA合成酵素がCysSSH合成活性能を有することが見出された。一方、大腸菌の組換えCARSを用いて酵素速度論的解析を行い、各基質に対する親和性を明らかにすることができた。
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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
当初の研究計画通り、遺伝子改変技術CRISPR/Cas9システムを用いて、CARS/CPERS欠損培養細胞やマウス等のバイオリソースの作成に成功し、その生体内活性イオウ分子種の生成動態を解析することに成功した。さらに、CARS/CPERSのPLP結合サイトのリジンをアラニンに置換した変異マウス(AINKマウス)の樹立に成功し、その各種活性イオウ分子種生成レベルの減少を見出した。また、大腸菌のCARSだけでなく、他の19種のアミノアシル-tRNA合成酵素のCysSSH合成活性を各種組換えタンパク質の調製に成功し、そのCPERS活性を検討した結果、CARS以外にも、leucyl-tRNA合成酵素を筆頭にCysSSH合成活性に差異はあるものの、全てのアミノアシル-tRNA合成酵素がCysSSH合成活性能を有することが見出された。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画通りに、システイン代謝関連酵素として知られるCSE(cystathionine γ-lyase)やCBS(cystathionine b-synthase), 3-MST(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase)の三重欠損マウスからMEF細胞の樹立にし、これらのバイオリソースを活用し、活性イオウ分子生成に及ぼすCSE/CBS/3-MSTの寄与率を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
当初の計画よりも順調に成果が得られたため。また、コロナ禍により、web開催での学会参加が多くなったため。
繰越金は、次年度に計画している遺伝子改変動物の作成や精密質量分析を用いた解析に充足し、より精度の高い解析を行う。
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Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Methods in sulfide and persulfide research2021
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 injury2021
Author(s)
Marutani Eizo、Morita Masanobu、Hirai Shuichi、Kai Shinichi、Ida Tomoaki、Matsunaga Tetsuro、Flicker Daniel R.、Corman Benjamin、Mori Naohiro、Atochin Dmitriy N.、Ihara Hideshi、Olenchock Benjamin A、Kevil Christopher G.、Xian Ming、Bloch Donald B.、Akaike Takaaki、Hindle Allyson G.、Motohashi Hozumi、Ichinose Fumito
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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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