Mechanism of intracellular formation of cysteine polysulfide and reactive oxygen species signaling

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25253020
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井田 智章 東北大学, 医学系研究科, 助教 (70570406)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: メタボロミクス / プロテオミクス / 活性酸素 / シグナル伝達 / レドックス

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、最近我々が細胞内生成を明らかにしたシステインパースルフィドをはじめとした活性ポリスルフィドの生理機能を明らかにするために、活性酸素シグナルのユニークなレドックスシグナル記号（コード）として機能する「システイン―ポリスルフィド・コード」の司る活性酸素シグナル伝達機構を解明することを目的としている。昨年度までの研究において、細胞内ポリスルフィドの各種検出・定量法の開発を行い、活性酸素シグナルに関連した細胞内ポリスルフィドの動態の解析を行ってきた。本年度の研究では、活性イオウ分子種とセカンドメッセンジャーのセンサータンパク質連関およびタンパク質ポリスルフィド化により制御されるシグナル伝達機能の解明に向けて、ポリスルフィド化タンパク質解析法の開発およびポリスルフィド化分子機構の解析を行った。
タンパク質ポリスルフィド化を特異的かつ高感度に検出する方法としてPEG-maleimide labeling gel shift assay（PMSA）法を開発し、大腸菌発現系による組換えタンパク質や細胞内タンパク質の解析を行った結果、様々なタンパク質が各種レベルでポリスルフィド化されていることが分かった。また、タンパク質ポリスルフィド化に関連したシステインパースルフィド産生系として、これまで知られていたシスタチオニンβ-シンターゼやシスタチオニンγ-リアーゼとは異なる、翻訳に共役した新規システインパースルフィド産生系を発見した。このシステインパースルフィド産生系により多くのタンパク質が翻訳とともにポリスルフィド化を受けることが示され、タンパク質ポリスルフィド化が活性酸素シグナル制御に重要な役割を果たしていることが示唆された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Washington State University/Sonoma State University/University of California, Davis(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Washington State University/Sonoma State University/University of California, Davis
  • # of Other Institutions: 1
• [Journal Article] Persistent activation of cGMP-dependent protein kinase by a nitrated cyclic nucleotide via site specific protein S-guanylation (2016)
  • Author(s): Akashi S, Ahmed KA, Sawa T, Ono K, Tsutsuki H, Burgoyne JR, Ida T, Horio E, Prysyazhna O, Oike Y, Rahaman MM, Eaton P, Fujii S, Akaike T.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 55 Pages: 751-761
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00774.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Redox signaling regulated by electrophiles and reactive sulfur species (2016)
  • Author(s): Nishida M, Kumagai Y, Ihara H, Fujii S, Motohashi H, Akaike T.
  • Journal Title: J Clin Biochem Nutr Volume: 58 Pages: 91-98
  • DOI: 10.3164/jcbn.15-111.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reactive sulfur species-mediated activation of the Keap1-Nrf2 pathway by 1,2-napthoquinone through sulfenic acids formation under oxidative stress (2015)
  • Author(s): Shinkai Y, Abiko Y, Ida T, Miura T, Kakehashi H, Ishii I, Nishida M, Sawa T, Akaike T, Kumagai Y.
  • Journal Title: Chem Res Toxicol Volume: 28 Pages: 838-847
  • DOI: 10.1021/tx500416y
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Involvement of reactive persulfides in biological bismethylmercury sulfide formation (2015)
  • Author(s): Abiko Y, Yoshida E, Ishii I, Fukuto JM, Akaike T, Kumagai Y.
  • Journal Title: Chem Res Toxicol Volume: 28 Pages: 1301-1306
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.5b00101.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 8-Mercapto-cyclic GMP mediates hydrogen sulfide-induced stomatal closure in Arabidopsis (2015)
  • Author(s): Honda K, Yamada N, Yoshida R, Ihara H, Sawa T, Akaike T, Iwai S.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol Volume: 56 Pages: 1481-1489
  • DOI: 10.1093/pcp/pcv069.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hyperhomocysteinemia abrogates fasting-induced cardioprotection against ischemia/reperfusion by limiting bioavailability of hydrogen sulfide anions (2015)
  • Author(s): Nakano S, Ishii I, Shinmura K, Tamaki K, Hishiki T, Akahoshi N, Ida T, Nakanishi T, Kamata S, Kumagai Y, Akaike T, Fukuda K, Sano M, Suematsu M.
  • Journal Title: J Mol Med (Berl) Volume: 93 Pages: 879-889
  • DOI: 10.1007/s00109-015-1271-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Formation of sulfur adducts of N-acetyl-p-benzoquinoneimine, an electrophilic metabolite of acetaminophen in vivo: participation of reactive persulfides (2015)
  • Author(s): Abiko Y, Ishii I, Kamata S, Tsuchiya Y, Watanabe Y, Ihara H, Akaike T, Kumagai Y.
  • Journal Title: Chem Res Toxicol Volume: 28 Pages: 1796-1802
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.5b00245.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 8-Nitro-cGMP enhances SNARE complex formation through S-guanylation of Cys90 in SNAP25 (2015)
  • Author(s): Kunieda K, Tsutsuki H, Ida T, Kishimoto Y, Kasamatsu S, Sawa T, Goshima N, Itakura M, Takahashi M, Akaike T, Ihara H.
  • Journal Title: ACS Chem Neurosci Volume: 6 Pages: 1715-1725
  • DOI: 10.1021/acschemneuro.5b00196.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thiosulfate mediates cytoprotective effects of hydrogen sulfide against neuronal ischemia (2015)
  • Author(s): Marutani E, Yamada M, Ida T, Tokuda K, Ikeda K, Kai S, Shirozu K, Hayashida K, Kosugi S, Hanaoka K, Kaneki M, Akaike T, Ichinose F.
  • Journal Title: J Am Heart Assoc Volume: 4 Pages: e002125
  • DOI: 10.1161/JAHA.115.002125.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The development of fluorescent probes for visualizing intracellular hydrogen polysulfides (2015)
  • Author(s): Chen W, Rosser EW, Matsunaga T, Pacheco A, Akaike T, Xian M.
  • Journal Title: Angew Chem Int Ed Engl Volume: 54 Pages: 13961-13965
  • DOI: 10.1002/anie.201506887.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The chemical biology of hydropersulfides (RSSH): Chemical stability, reactivity and redox roles (2015)
  • Author(s): Saund SS, Sosa V, Henriquez S, Nguyen QN, Bianco CL, Soeda S, Millikin R, White C, Le H, Ono K, Tantillo DJ, Kumagai Y, Akaike T, Lin J, Fukuto JM.
  • Journal Title: Arch Biochem Biophys Volume: 588 Pages: 15-24
  • DOI: 10.1016/j.abb.2015.10.016.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 感染性微生物：H. cinaedi (2015)
  • Author(s): 松永哲郎, 藤井重元, 赤池孝章.
  • Journal Title: 動脈硬化予防 Volume: 14 Pages: 66-71
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 活性イオウ分子による酸化・ニトロ化ストレス制御 (2015)
  • Author(s): 笠松真吾、井田智章、藤井重元、赤池孝章.
  • Journal Title: Respiratory Medical Research Volume: 3 Pages: 70-75
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 活性イオウ分子種による酸化ストレス制御 (2015)
  • Author(s): 赤池孝章、藤井重元.
  • Journal Title: 臨床免疫・アレルギー科 Volume: 63 Pages: 502-506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 細菌感染における酸化ストレスシグナル制御と感染防御論 (2015)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Journal Title: 日本細菌学雑誌 Volume: 70 Pages: 339-349
  • DOI: 10.3412/jsb.70.339.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nitric Oxide (NO) (2015)
  • Author(s): 赤池孝章、藤井重元.
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 66 Pages: 396-397
• [Presentation] 活性イオウ分子種の生体内生成と生理機能 (2016)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 日本薬学会 第136年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市西区）
  • Year and Date: 2016-03-28 – 2016-03-28
  • Invited
• [Presentation] 細菌の新しいシグナル伝達物質：8-ニトロ-cGMPの生成と機能解析 (2016)
  • Author(s): 井田智章、松永哲郎、赤司壮一郎、ジョン ミンギョン、津々木博康、藤井重元、居原 秀、澤 智裕、赤池孝章.
  • Organizer: 第89回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 大阪国際交流センター（大阪市天王寺区）
  • Year and Date: 2016-03-23 – 2016-03-25
• [Presentation] 活性システインパースルフィドの生合成機構とレドックス制御機能 (2016)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 第89回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 会議センター（横浜市西区）
  • Year and Date: 2016-03-09 – 2016-03-11
  • Invited
• [Presentation] Polysulfides and redox signaling (2016)
  • Author(s): Takaaki Akaike
  • Organizer: The 2016 Oxygen Radicals Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Ventura Beach Marriott（Ventura, CA, USA）
  • Year and Date: 2016-02-07 – 2016-02-12
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of metabolome analysis for reactive sulfur species (2016)
  • Author(s): Ida T, Kasamatsu S, Fujii S, Sawa T, Ihara H, Akaike T.
  • Organizer: The 2016 Oxygen Radicals Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Ventura Beach Marriott（Ventura, CA, USA）
  • Year and Date: 2016-02-07 – 2016-02-12
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細菌感染における酸化ストレスシグナル制御と感染防御論 (2016)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 平成27年度 学校法人北里研究所 第25回学会受賞者特別講演会
  • Place of Presentation: 北里大学白金キャンパス薬学部コンベンションホール（東京都港区）
  • Year and Date: 2016-01-29 – 2016-01-29
  • Invited
• [Presentation] 活性イオウ分子種：総論 (2016)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 新学術領域研究「酸素生物学」・「レドックス委員会」合同シンポジウム2016「活性イオウ分子種の科学と生体機能の解明に向けて」
  • Place of Presentation: 名古屋大学シンポジオン（名古屋市千種区）
  • Year and Date: 2016-01-23 – 2016-01-23
  • Invited
• [Presentation] 活性イオウメタボライトのLC-MS/MS解析 (2016)
  • Author(s): 井田智章、居原 秀、澤 智裕.
  • Organizer: 新学術領域研究「酸素生物学」・「レドックス委員会」合同シンポジウム2016「活性イオウ分子種の科学と生体機能の解明に向けて」
  • Place of Presentation: 名古屋大学シンポジオン（名古屋市千種区）
  • Year and Date: 2016-01-23 – 2016-01-23
  • Invited
• [Presentation] 活性イオウ分子種：新しい活性酸素制御因子の生合成と制御機構 (2016)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 昭和大学学士会後援セミナー
  • Place of Presentation: 昭和大学（東京都品川区）
  • Year and Date: 2016-01-07 – 2016-01-07
  • Invited
• [Presentation] Antioxidant electrophilic signaling regulated by reactive sulfur species and its translational biosynthesis (2015)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市中央区)
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • Invited
• [Presentation] タンパク質ポリサルファ化の分子メカニズムの解明 (2015)
  • Author(s): 井田智章、居原 秀、魏 范研、富澤一仁、長尾翌手可、鈴木 勉、熊谷嘉人、澤 智裕、笠松真吾、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市中央区)
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] Protein-bound reactive sulfur species and its translational biosynthesis: potential implication for oxidative stress and tumor biology (2015)
  • Author(s): Takaaki Akaike
  • Organizer: The 46th International Symposium of The Princess Takamatsu Cancer Research Fund
  • Place of Presentation: パレスホテル東京（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2015-11-17 – 2015-11-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Reactive persulfide species: Its antioxidant redox signaling and translational biosynthesis (2015)
  • Author(s): Takaaki Akaike
  • Organizer: 文部科学省 私立大学戦略的研究基盤形成支援事業 生体分子コバレント修飾の革新的解析拠点形成 第２回国際シンポジウム New Aspects of Covalent modifications from Small to Large Molecules
  • Place of Presentation: 昭和薬科大学（東京都町田市)
  • Year and Date: 2015-08-31 – 2015-09-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 活性イオウ分子システインパースルフィドのタンパク質翻訳機構：タンパク質ポリチオール化 (2015)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 第42回日本毒性学会学術年会
  • Place of Presentation: 石川県音楽堂、金沢市アートホール、ホテル日航金沢（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-06-29 – 2015-07-01
  • Invited
• [Presentation] 活性システインパースルフィドのメタボロームおよびプロテオーム解析 (2015)
  • Author(s): 井田智章、居原 秀、澤 智裕、土屋幸弘、渡邊泰男、藤井重元、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第15回日本NO学会学術集会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2015-06-26 – 2015-06-27
• [Presentation] システインパースルフィドの新しいタンパク質翻訳機構：タンパク質ポリチオール化 (2015)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: あわ銀ホール（徳島市）
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
  • Invited
• [Presentation] 活性酸素のシグナル伝達機構の解明（学会賞受賞講演） (2015)
  • Author(s): 赤池孝章
  • Organizer: 第68回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: かごしま県民交流センター（鹿児島市）
  • Year and Date: 2015-06-11 – 2015-06-12
  • Invited
• [Presentation] 活性システインパースルフィドのメタボロミクスとプロテオミクス (2015)
  • Author(s): 井田智章、居原 秀、澤 智裕、土屋幸弘、渡邊泰男、藤井重元、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第68回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: かごしま県民交流センター（鹿児島市）
  • Year and Date: 2015-06-11 – 2015-06-12
• [Book] 別冊・医学のあゆみ「レドックスUPDATE ― ストレス制御の臨床医学・健康科学」 (2015)
  • Author(s): 赤池孝章、藤井重元.
  • Total Pages: 341 (41-44)
  • Publisher: 医歯薬出版社（東京都）
• [Remarks] 東北大学大学院医学系研究科環境保健医学分野ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/