心臓における、警告シグナルとしてのグルタチオンの新たな機能の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K08038
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 勝俣 良紀 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (80464832)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: グルタチオン / 虚血再灌流障害 / マイクロダイアリシス / 酸化還元

Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアの電子伝達系で発生したスーパーオキシドアニオン（O2-）はSODによってH2O2に変換されるが、GPxは発生したH2O2を消去する酵素の一つである。GPxの酵素活性に必要なグルタチオンは、グルタチオンそのものとして細胞間に輸送される。しかし、拍動している心臓の細胞外画分の代謝物分析は技術的に困難である。この技術的な障壁のために、心筋梗塞や再灌流時の傷害部位におけるこのような含硫代謝物の放出、輸送、取り込みに関する知見はない。我々は、ラット虚血再灌流モデルにおいて、拍動心筋からのマイクロダイアリシスとメタボローム解析を組み合わせ、損傷部位で放出される代謝物の時間的・包括的解析を行った。この方法により、正常状態、LAD結紮による心筋梗塞、再灌流時の同一ラット心臓において、細胞外メタボロームを経時的（10分ごと）に収集・比較することが可能となった。その結果、虚血時及び再灌流後に細胞からグルタチオンが著しく放出されることを明らかにした。虚血再灌流のin vitro心筋細胞モデルにおいても、細胞外へのグルタチオン放出とそれに伴う細胞内グルタチオン濃度の減少が観察された。この細胞外グルタチオン放出は、multidrug resistance protein 1（MRP-1）を中心とするグルタチオントランスポーターの阻害あるいは発現抑制により阻止された。また、MRP-1阻害剤の投与により、細胞内活性酸素濃度および脂質過酸化が減少し、in vitroでの細胞死が抑制された。最後に，マウスにMRP-1阻害剤の静脈内投与を行うと、虚血時および再灌流時のグルタチオンの細胞外排出を抑制し、細胞内グルタチオン濃度が保たれること、in vivoでの虚血再灌流障害を抑制することが示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

順調に研究を進めている。

Strategy for Future Research Activity

虚血時、再灌流時に細胞外にグルタチオンを放出するメカニズムの詳細（MRP活性化の機序のなど）を検証する。また、細胞外に積極的に放出されたグルタチオンの意義について、心筋細胞以外の細胞とのインターラクションに注目した解析を行う。

Causes of Carryover

本年度は、マウスモデルの確立などを進めており、年間の研究費使用が予定よりは少なく経過した。次年度は確立したモデルを使って解析を進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Qualitative and Quantitative Effects of Fatty Acids Involved in Heart Diseases (2022)
  • Author(s): Moriyama Hidenori、Endo Jin、Ikura Hidehiko、Kitakata Hiroki、Momoi Mizuki、Shinya Yoshiki、Ko Seien、Ichihara Genki、Hiraide Takahiro、Shirakawa Kohsuke、Anzai Atsushi、Katsumata Yoshinori、Sano Motoaki
  • Journal Title: Metabolites Volume: 12 Pages: 210～210
  • DOI: 10.3390/metabo12030210
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] H2 Inhibits the Formation of Neutrophil Extracellular Traps (2022)
  • Author(s): Shirakawa Kohsuke、Kobayashi Eiji、Ichihara Genki、Kitakata Hiroki、Katsumata Yoshinori、Sugai Kazuhisa、Hakamata Yoji、Sano Motoaki
  • Journal Title: JACC: Basic to Translational Science Volume: 7 Pages: 146～161
  • DOI: 10.1016/j.jacbts.2021.11.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Therapeutic Targets for DOX-Induced Cardiomyopathy: Role of Apoptosis vs. Ferroptosis (2022)
  • Author(s): Kitakata Hiroki、Endo Jin、Ikura Hidehiko、Moriyama Hidenori、Shirakawa Kohsuke、Katsumata Yoshinori、Sano Motoaki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Pages: 1414～1414
  • DOI: 10.3390/ijms23031414
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pharmacokinetics of hydrogen after ingesting a hydrogen-rich solution: A study in pigs (2021)
  • Author(s): Ichihara Genki、Katsumata Yoshinori、Moriyama Hidenori、Kitakata Hiroki、Hirai Akeo、Momoi Mizuki、Ko Seien、Shinya Yoshiki、Kinouchi Kenichiro、Kobayashi Eiji、Sano Motoaki
  • Journal Title: Heliyon Volume: 7 Pages: e08359～e08359
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e08359
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] MITOL/MARCH5 determines the susceptibility of cardiomyocytes to doxorubicin-induced ferroptosis by regulating GSH homeostasis (2021)
  • Author(s): Kitakata Hiroki、Endo Jin、Matsushima Hirokazu、Yamamoto Shoichi、Ikura Hidehiko、Hirai Akeo、Koh Seien、Ichihara Genki、Hiraide Takahiro、Moriyama Hidenori、Shirakawa Kohsuke、Goto Shinichi、Katsumata Yoshinori、Anzai Atsushi、Kataoka Masaharu、Tokuyama Takeshi、Ishido Satoshi、Fukuda Keiichi、Sano Motoaki
  • Journal Title: Journal of Molecular and Cellular Cardiology Volume: 161 Pages: 116～129
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2021.08.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Imeglimin prevents heart failure with preserved ejection fraction by recovering the impaired unfolded protein response in mice subjected to cardiometabolic stress (2021)
  • Author(s): Kitakata Hiroki、Endo Jin、Hashimoto Shun、Mizuno Erika、Moriyama Hidenori、Shirakawa Kohsuke、Goto Shinichi、Katsumata Yoshinori、Fukuda Keiichi、Sano Motoaki
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 572 Pages: 185～190
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.07.090
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Time-Series Transcriptome Analysis Reveals the miR-27a-5p-Ppm1 Axis as a New Pathway Regulating Macrophage Alternative Polarization After Myocardial Infarction (2021)
  • Author(s): Goto Shinichi、Ichihara Genki、Katsumata Yoshinori、Ko Seien、Anzai Atsushi、Shirakawa Kohsuke、Endo Jin、Kataoka Masaharu、Moriyama Hidenori、Hiraide Takahiro、Kitakata Hiroki、Kobayashi Takayasu、Fukuda Keiichi、Sano Motoaki
  • Journal Title: Circulation Journal Volume: 85 Pages: 929～938
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-20-0783
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TNFRSF13B c.226G>A (p.Gly76Ser) as a Novel Causative Mutation for Pulmonary Arterial Hypertension (2021)
  • Author(s): Shinya Yoshiki、Hiraide Takahiro、Momoi Mizuki、Goto Shinichi、Suzuki Hisato、Katsumata Yoshinori、Kurebayashi Yutaka、Endo Jin、Sano Motoaki、Fukuda Keiichi、Kosaki Kenjiro、Kataoka Masaharu
  • Journal Title: Journal of the American Heart Association Volume: 10 Pages: -
  • DOI: 10.1161/JAHA.120.019245
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Quantitative measurement of the myocardial infarction area using Q-space magnetic resonance imaging (2022)
  • Author(s): Genki Ichihara, Junichi Hata, Daisuke Nakashima, Yawara Haga, Kyohei Daigo, Kazuhisa Sugai, Yuji Iwasawa, Yoshinori Katsumata, Jin Endo, Motoaki Sano, Eiji Kobayashi, Kazuki Sato, Masaya Nakamura, Keiichi Fukuda
  • Organizer: 第86回日本循環器学会学術集会
• [Presentation] Continuous analysis of local in vivo metabolic changes using micro-dialysis technique (2021)
  • Author(s): Yohinori Katsumata, Genki Ichihara, Yuki Sugiura, Shinichi Goto, Seien Ko, Takahiro Hiraide, Hiroki Kitakata, Hidenori Moriyama, Kohsuke Shirakawa, Atsushi Anzai, Jin Endo, Masaharu Kataoka, Motoaki Sano, Keiichi Fukuda
  • Organizer: 第85回日本循環器学会学術集会