Control of protein function and its oxidative damage by reactive persulfides

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15983
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Takata Tsuyoshi 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (20733257)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: パースルフィド / 超硫黄分子 / 酸化修飾 / レドックスシグナル / 酸化ストレス / リン酸化修飾 / カルモデュリンキナーゼ / チオレドキシン

Outline of Final Research Achievements

Irreversible oxidation of Cys residues to sulfinic/sulfonic forms typically impairs protein function. We found that persulfidation (CysSSH) protects Cys from irreversible oxidative loss of function by the formation of CysSSO1-3H derivatives that can subsequently be reduced back to native thiols. Reductive reactivation of oxidized persulfides by the thioredoxin system was demonstrated in PTP1B. In cells, this mechanism protects and regulates key proteins of signaling pathways, including PTP1B. Using quantitative mass spectrometry, we show that (i) CysSSH and CysSSO3H species are abundant in mouse liver and enzymatically regulated by the thioredoxin systems and (ii) deletion of the thioredoxin-related protein TRP14 in mice altered CysSSH levels on a subset of proteins, predicting a role for TRP14 in persulfide signaling.

Free Research Field

硫黄生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

酸化ストレス下における不可逆的な酸化修飾からタンパク質のシステイン残基を保護する手段として、パースルフィドによる保護メカニズムを見出したのは、これまでに報告のない応募者ら独自のものであり、その独創性は極めて高い。本研究を進めることで、酸化ストレスに対する新規防御機能を明らかにし、酸化ストレスの関わる動脈硬化症・心疾患、生活習慣病及び、癌、神経変性疾患を含めた難治性疾患 まで幅広い疾病を標的とした創薬や予防・治療法の開発への展開が期待される。