2016 Fiscal Year Annual Research Report
環境中親電子物質によるシグナル伝達変動とその制御に関する包括的研究
Project/Area Number |
25220103
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Research Institution | University of Tsukuba |
Principal Investigator |
熊谷 嘉人 筑波大学, 医学医療系, 教授 (00250100)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798)
蕨 栄治 筑波大学, 医学医療系, 講師 (70396612)
石井 功 昭和薬科大学, 薬学部, 教授 (90292953)
西田 基宏 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (90342641)
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Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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Keywords | 親電子物質 / シグナル伝達 / 環境応答 / 化学修飾 / 活性イオウ分子 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、環境中親電子リガンドによるセンサータンパク質の化学修飾を起点とした親電子シグナル伝達の活性化と破綻および活性イオウ分子(RSS)が本シグナル伝達を制御することを立証し、環境中親電子物質の毒性メカニズムを解明し、その健康リスクを軽減するための分子基盤を提供することを目指している。 A431細胞もしくはマウス初代肝細胞を1,4-ナフトキノン(1,4-NQ)に曝露すると、HSP90/HSF-1およびAkt/CREB/Bcl-2シグナル活性化(低濃度)および細胞毒性(高濃度)が活性イオウ分子(Na2S4)を曝露することで共に抑制された。その原因が環境中親電子物質のイオウ付加体によると考え、FT-ICR/MSおよびLC/MS/MS解析を行った。特に1,4-NQとNa2S4との反応生成物については、分取用カラムクロマトグラフィーで単離・精製し、最終的に600 MHz NMRおよびCOSY解析により生成物の構造決定に成功した。 SH-SY5Y細胞をMeHgに曝露することで、レドックスシグナル伝達のひとつであるPTEN/Aktシグナルが低濃度曝露では活性化、高濃度曝露で破綻することを見出した。 安定同位体希釈法を用いたLC/MS/MSによる活性イオウ分子(システインパースルフィド、グルタチオンパースルフィドおよびそれらのポリスルフィド)の定量法を確立し、マウスの各種臓器および培養細胞中の活性イオウ分子を定量した。また、MeHgをマウスに投与して、各種臓器中活性イオウ分子量の変動を調べた。 ニンニクのヘキサン抽出画分を順相カラムクロマトグラフィーにより分離し、複数のフラクションに活性イオウ分子を含有する低分子が存在することが明らかとなった。 活性イオウ分子産生酵素であるcystathionine γ-lyase(CSE)のトランスジェニックマウスの作成に成功した。
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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
平成28年度は、環境中親電子物質によるレドックスシグナル伝達変動および細胞毒性について検討した。 1,4-NQおよびカドミウムの低濃度曝露によるHSP90/HSF-1およびPTEN/Aktシグナル活性化には、センサータンパク質であるHSP90およびPTENの反応性システイン残基への共有結合が関与していることが示された。これまで得た研究成果を総合すると、種々の環境中親電子物質はPTP1B/EGFRシグナル、Keap1/Nrf2シグナル、HSP90/HSF-1シグナルおよびPTEN/Aktシグナルのようなレドックスシグナル伝達をセンサータンパク質の化学修飾を介して引き起こすことが明らかとなった。一方、種々の環境中親電子物質と活性イオウ分子を反応させると、それぞれのイオウ付加体が生成することを確認している。特に、1,4-NQについては600 MHz NMRにより本生成物が2-[(1,4-dioxonaphthalen-2-yl)sulfanyl]-3-hydroxynaphthalene-1,4-dioneであることを見出した。培養細胞を用いた実験より、本生成物は1,4-NQのような細胞内タンパク質の化学修飾能、PTEN/Aktシグナル活性化および細胞毒性を示さないことから、活性イオウ分子は1,4-NQを捕獲・不活性化することが示唆された。 CSE欠損マウスがMeHgやアクリルアミドに対して高感受性であることから、予定していなかったCSEトランスジェニックマウスの作成を実施した。得られたマウスの各臓器中でCSEは高発現していた。 平成28年度は、本研究課題に関する11報の論文(原著および総説)を刊行した。 以上の研究成果により、現在までの研究状況は概ね順調であると言える。
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Strategy for Future Research Activity |
本年度は最終年度であることから、当初予定課題に加えて、検討が十分でない環境中親電子物質(鉛)によるセンサータンパク質の化学修飾を介したレドックスシグナル伝達の活性化を調べる。また、CSEトランスジェニックマウスが作成できたので、これを用いての実験も展開する。さらに、MeHgのイオウ付加体の生体運命に関する検討も行う。 1)ウシ血管内皮細胞を鉛に曝露して、Keap1の化学修飾を介したNrf2活性化とそれに起因する下流遺伝子群の転写誘導および活性イオウ分子の効果を調べる。 2) ニンニクのヘキサン抽出画分と環境中親電子物質をマウスに同時処理して、環境中親電子物質の毒性低下効果を調べる。同時に臓器中あるいは尿中から当該物質のイオウ付加体を検出する。一方、ニンニクのヘキサン抽出画分を分取用カラムクロマトグラフィーで単離・精製し、可能であればLC/MS/MS、FT-ICR/MS、GC/MSおよび600 MHz NMRにより構造決定を試みる。得られた精製品を用いて、環境中親電子物質による培養細胞でのレドックスシグナル伝達活性化能や細胞毒性に対する当該物質の効果を検討する。 3)野生型、CSE KOおよびCSEトランスジェニックマウスの各種臓器中および初代肝細胞中の活性イオウ分子量をそれぞれ定量する。つぎに環境中親電子物質を曝露して、活性イオウ分子量の変動と行動変化や中毒症状との関係を調べる。 4) 親電子物質のモデル化合物としてMeHgを用い、RSSを介した代謝物であるビスメチル水銀サルファイド(MeHg)2Sが、生体内でさらにRSSと反応して排泄される可能性について検討する。
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Research Products
(153 results)
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[Journal Article] Reactive sulfur species regulate tRNA methylthiolation and contribute to insulin secretion.2017
Author(s)
Takahashi N, Wei FY, Watanabe S, Hirayama M, Ohuchi Y, Fujimura A, Kaitsuka T, Ishii I, Sawa T, Nakayama H, Akaike T, Tomizawa K.
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Journal Title
Nucleic Acids Research
Volume: 45
Pages: 435-445
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] MiR30-GALNT1/2 Axis-Mediated Glycosylation Contributes to the Increased Secretion of Inactive Human Prohormone for Brain Natriuretic Peptide (proBNP) From Failing Hearts.2017
Author(s)
Nakagawa Y, Nishikimi T, Kuwahara K, Fujishima A, Oka S, Tsutamoto T, Kinoshita H, Nakao K, Cho K, Inazumi H, Okamoto H, Nishida M, Kato T, Fukushima H, Yamashita JK, Wijnen WJ, Creemers EE, Kangawa K, Minamino N, Nakao K, Kimura T.
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Journal Title
Journal of the American Heart Association
Volume: 6
Pages: e003601
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Synthesis and characterization of 8-nitroguanosine 3',5'-cyclic monophosphorothioate Rp-isomer as a potent inhibitor of protein kinase G1α.2017
Author(s)
Ahmed KA, Zhang T, Ono K, Tsutsuki H, Ida T, Akashi S, Miyata K, Oike Y, Akaike T, Sawa T.
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Journal Title
Biological and Pharmaceutical Bulletin
Volume: 40
Pages: 365-374.
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The chemicall biology of protein hydropersulfides: Studies of a possible protective function of biological hydropersulfide generateon.2016
Author(s)
Millikin R, Bianco CL, White C, Saund SS, Henriquez S, Sosa V, Akaike T, Kumagai Y, Soeda S, Toscano JP, Lin J, Fukuto JM.
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Journal Title
Free Radical Biology and Medicine
Volume: 97
Pages: 136-147
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Immobilization of the gas signaling molecule H2S by radioisotopes: detection, quantification, and in vivo imaging.2016
Author(s)
Sarkar S, Ha YS, Soni N, An GI, Lee W, Kim MH, Huynh PT, Ahn H, Bhatt N, Lee YJ, Kim JY, Park KM, Ishii I, Kang SG, Yoo J.
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Journal Title
Angewandte Chemie (International ed. in English)
Volume: 55
Pages: 9365-9370
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Role of cystathionine gamma-lyase in immediate renal impairment and inflammatory response in acute ischemic kidney injury.2016
Author(s)
Marko L, Szijarto IA, Filipovic MR, Kassmann M, Balogh A, Park JK, Przybyl L, N'Diaye G, Kramer S, Anders J, Ishii I, Muller DN, Gollasch M.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 27517
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Blockade of sphingosine 1-phosphate receptor 2 signaling attenuates high-fat diet-induced adipocyte hypertrophy and systemic glucose intolerance in mice.2016
Author(s)
Kitada Y, Kajita K, Taguchi K, Mori I, Yamauchi M, Ikeda T, Kawashima M, Asano M, Kajita T, Ishizuka T, Banno Y, Kojima I, Chun J, Kamata S, Ishii I, Morita H.
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Journal Title
Endocrinology
Volume: 157
Pages: 1839-1851
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Improved tag-switch method reveals that thioredoxin acts as depersulfidase and controls the intracellular levels of protein persulfidation.2016
Author(s)
Wedmann R, Onderka C, Wei S, Szijarto IA, Miljkovic JL, Mitrovic A, Lange M, Savitsky S, Yadav PK, Torregrossa R, Harrer EG, Harrer T, Ishii I, Gollasch M, Wood ME, Galardon E, Xian M, Whiteman M, Banerjee R, Filipovic MR.
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 7
Pages: 3414-3426
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Autophagy controls centrosome number by degrading Cep63.2016
Author(s)
Watanabe Y, Honda S, Konishi A, Arakawa S, Murohashi M, Yamaguchi H, Torii S, Tanabe M, Tanaka S, Warabi E, Shimizu S.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 7
Pages: 13508
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Ignavine: a novel allosteric modulator of the μ opioid receptor.2016
Author(s)
Ohbuchi K, Miyagi C, Suzuki Y, Mizuhara Y, Mizuno K, Omiya Y, Yamamoto M, Warabi E, Sudo Y, Yokoyama A, Miyano K, Hirokawa T, Uezono Y.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 31748
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Functional links between SQSTM1 and ALS2 in the pathogenesis of ALS: cumulative impact on the protection against mutant SOD1-mediated motor dysfunction in mice.2016
Author(s)
Hadano S, Mitsui S, Pan L, Otomo A, Kubo M, Sato K, Ono S, Onodera W, Abe K, Chen X, Koike M, Uchiyama Y, Aoki M, Warabi E, Yamamoto M, Ishii T, Yanagawa T, Shang HF, Yoshii F.
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Journal Title
Human Molecular Genetics
Volume: 25
Pages: 3321-3340
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] p62 modulates the intrinsic signaling of UVB-induced apoptosis.2016
Author(s)
Ito S, Kimura S, Warabi E, Kawachi Y, Yamatoji M, Uchida F, Ishibashi-Kanno N, Yamagata K, Hasegawa S, Shoda J, Tabuchi K, Sakai S, Bukawa H, Sekido M, Yanagawa T.
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Journal Title
Journal of Dermatological Science
Volume: 83
Pages: 226-233
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] TRPC3-GEF-H1 axis mediates pressure overload-induced cardiac fibrosis.2016
Author(s)
Numaga-Tomita T, Kitajima N, Kuroda T, Nishimura A, Miyano K, Yasuda S, Kuwahara K, Sato Y, Ide T, Birnbaumer L, Sumimoto H, Mori Y, Nishida M.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 39383
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] TRPC3 positively regulates reactive oxygen species driving maladaptive cardiac remodeling.2016
Author(s)
Kitajima N, Numaga-Tomita T, Watanabe M, Kuroda T, Nishimura A, Miyano K, Yasuda S, Kuwahara K, Sato Y, Ide T, Birnbaumer L, Sumimoto H, Mori Y, Nishida M.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 37001
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Proposal of Helicobacter canicola sp. nov., previously identified as Helicobacter cinaedi, isolated from canines.2016
Author(s)
Kawamura Y, Tomida J, Miyoshi-Akiyama T, Okamoto T, Narita M, Hashimoto K, Cnockaert M, Vandamme P, Morita Y, Sawa T, Akaike T.
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Journal Title
Systematic and Applied Microbiology
Volume: 39
Pages: 307-312.
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Mice deficient in Angiopoietin-like protein 2 (Angptl2) gene show increased susceptibility to bacterial infection due to attenuated macrophage activity.2016
Author(s)
Yugami M, Odagiri H, Endo M, Tsutsuki H, Fujii S, Kadomatsu T, Masuda T, Miyata K, Terada K, Tanoue H, Ito H, Morinaga J, Horiguchi H, Sugizaki T, Akaike T, Gotoh T, Takai T, Sawa T, Mizuta H, Oike Y.
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Journal Title
The Journal of Biological Chemistry
Volume: 291
Pages: 18843-18852.
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Protein polysulfidation-dependent persulfide dioxygenase activity of ethylmalonic encephalopathy protein 1.2016
Author(s)
Jung M, Kasamatsu S, Matsunaga T, Akashi S, Ono K, Nishimura A, Morita M, Abdul Hamid H, Fujii S, Kitamura H, Sawa T, Ida T, Motohashi H, Akaike T.
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Journal Title
Biochemical and Biophysical Research Communications
Volume: 480
Pages: 180-186.
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Translation-coupled protein polysulfuration, a unique biosynthesis pathway of cysteine persulfide.2016
Author(s)
Ida T, Ihara H, Wei F, Tomozawa K, Kasamatsu S, Morita M, Matsunaga T, Kumagai Y, Sawa T, Motohashi H, Fujii S, Akaike T.
Organizer
The 9th International Conference on the Biology, Chemistry , and Therapeutic Applications of Nitric Oxide. The 16th Annual Scientific Meeting of the Nitric Oxide Society of Japan
Place of Presentation
仙台国際センター(宮城県、仙台市)
Year and Date
2016-05-21 – 2016-05-21
Int'l Joint Research
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[Presentation] Protein poly-S-guanylation: Reversible post-translational modification regulated by protein polysulfur and 8-nitrocGMP.2016
Author(s)
Akashi S, Kasamatsu S, Jung M, Matsunaga T, Ida T, Fujii S, Sawa T, Kumagai Y, Motohashi H, Akaike T.
Organizer
The 9th International Conference on the Biology, Chemistry , and Therapeutic Applications of Nitric Oxide. The 16th Annual Scientific Meeting of the Nitric Oxide Society of Japan
Place of Presentation
仙台国際センター(宮城県、仙台市)
Year and Date
2016-05-21 – 2016-05-21
Int'l Joint Research
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[Presentation] Dietary deprivation of each proteinogenic amino acid induces altered systemic adaptive responses in mice.2016
Author(s)
Kamata S, Yamamoto J, Kamijo K, Ochiai T, Morita T, Yoshitomi Y, Hagiya Y, Kubota M, Ohkubo R, Karube K, Kasahara T, Ishii I.
Organizer
The 9th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic applications of NO
Place of Presentation
仙台国際センター(宮城県、仙台市)
Year and Date
2016-05-21 – 2016-05-21
Int'l Joint Research
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[Presentation] 気道炎症と呼気NO.2016
Author(s)
赤池孝章.
Organizer
第56回日本呼吸器学会学術講演会
Place of Presentation
京都国際会館(京都府、京都市)
Year and Date
2016-04-10 – 2016-04-10
Invited
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