新規環状ヌクレオチド8-SH-cGMPの生体内動態とその細胞内シグナル機能の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25870549
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 井田 智章 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (70570406)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 8-SH-cGMP / 8-ニトロ-cGMP / S-S-グアニル化 / システインパースルフィド / タンパク質S-ポリチオール化 / レドックスシグナル

Outline of Annual Research Achievements

近年、生体内において、8-ニトロ-cGMPが8-SH-cGMPに代謝されることが分かってきたが、その詳細な生成機構や細胞内レベル、生理機能などは不明である。本研究課題では、8-SH-cGMPの生体内動態の定量的解析と8-SH-cGMPによる可逆的タンパク質翻訳後修飾（S-S-グアニル化）を介したシグナル伝達機構の解明を目指した。
本年度では、質量分析装置を用いた8-SH-cGMPの定量的解析法により、マウス各組織における8-SH-cGMP生成レベルを定量化した。ラットグリオーマC6細胞株を用いたリポ多糖とサイトカイン刺激により、処理時間依存的8-SH-cGMP生成動態を定量的に明らかにした。また、8-SH-cGMP生成機構を解析するなかで、生体内でシステインのチオール基が過イオウ化したシステインパースルフィドが高いレベルで生成されていることがわかり、これにより8-ニトロ-cGMPが8-SH-cGMPに代謝されることがわかった。さらに、タンパク質システイン残基も過イオウ化(タンパク質S-ポリチオール化）されていることがわかり、プロテオーム解析によりグリセルアルデヒド3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH）をはじめとする様々なS-ポリチオール化タンパク質を同定した。S-ポリチオール化モデルタンパク質として組換えGAPDHを用いて、8-ニトロ-cGMPによるS-S-グアニル化を解析した結果、S-S-グアニル化を特異的に同定し、その生成機構が示唆された。さらにS-S-グアニル化は還元剤により制御される可逆的翻訳後修飾であることがわかり、細胞内レドックスにより制御されることが示唆された。
本研究の一部は、PNAS誌に掲載され（Ida T. et al: PNAS, 2014）、同誌のCommentaryやChemical Research in Toxicology誌のSpotlight等で取り上げられた他、科学論文データベースWeb of Scienceの高頻度引用文献およびホットペーパーに選ばれるなど世界的に注目を浴びている。

Research Products

• [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: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1021/tx500416y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1007/s00109-015-1271-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RSSによる抗酸化・レドックスシグナル制御 (2015)
  • Author(s): 井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 34 Pages: 354-357
• [Journal Article] Reactive cysteine persulfides and S-polythiolation regulate oxidative stress and redox signaling (2014)
  • Author(s): Ida T, Sawa T, Ihara H, Tsuchiya Y, Watanabe Y, Kumagai Y, Suematsu M, Motohashi H, Fujii S, Matsunaga T, Yamamoto M, Ono K, Devarie-Baez NO, Xian M, Fukuto JM, Akaike T
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 111 Pages: 7606-7611
  • DOI: 10.1073/pnas.1321232111
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Promotion of atherosclerosis by Helicobacter cinaedi infection that involves macrophage-driven proinflammatory responses (2014)
  • Author(s): Khan S, Rahman HN, Okamoto T, Matsunaga T, Fujiwara Y, Sawa T, Yoshitake J, Ono K, Ahmed KA, Rahaman MM, Oyama K, Takeya M, Ida T, Kawamura Y, Fujii S, Akaike T
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 15 Pages: 4684-4680
  • DOI: 10.1038/srep04680
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 活性酸素と炎症 (2014)
  • Author(s): 井田智章、赤池孝章、澤 智裕、藤井重元
  • Journal Title: 感染・炎症・免疫 Volume: 44 Pages: 16-21
• [Journal Article] フリーラジカル制御系：硫化水素・活性イオウ分子と炎症 (2014)
  • Author(s): 藤井重元、井田智章、澤 智裕、赤池孝章
  • Journal Title: 実験医学増刊号 Volume: 32 Pages: 131-137
• [Presentation] 活性イオウ含有分子の再発見とその生物活性 (2015)
  • Author(s): 井田智章、赤池孝章
  • Organizer: 第88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市熱田区）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
  • Invited
• [Presentation] 活性イオウ分子とADH3によるホルムアルデヒド解毒代謝機構 (2015)
  • Author(s): 井田智章、Md. Morshedul Alam、松永哲郎、藤井重元、居原 秀、本橋ほづみ、赤池孝章
  • Organizer: 第14回分子予防環境医学研究会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学医学部（大阪市阿倍野区）
  • Year and Date: 2015-02-13 – 2015-02-14
• [Presentation] 活性システインパーサルファイドとS-ポリチオレーションが酸化ストレスを制御する (2014)
  • Author(s): 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、末松 誠、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、山本雅之、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都市左京区）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] 活性システインパーサルファイドによる酸化ストレス制御 (2014)
  • Author(s): 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、藤井重元、松永哲郎、Jon M Fukuto、赤池孝章
  • Organizer: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 同志社大学今出川キャンパス良心館（京都市上京区）
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] 活性イオウ分子種システインパースルフィドによる酸化ストレス制御 (2014)
  • Author(s): 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章
  • Organizer: 第8回レドックス・ライフイノベーション第170委員会
  • Place of Presentation: シーガイアコンベンションセンター（宮崎市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-23
  • Invited
• [Presentation] 細菌の新しいシグナル伝達物質：8-ニトロ-cGMPの同定と機能解析 (2014)
  • 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25回日本生体防御学会学術総会
  • Place of Presentation: 東北大学片平さくらホール（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2014-07-09 – 2014-07-11
• [Presentation] Metabolism of 8-nitro-cGMP and regulation of electrophilic signaling by reactive sulfur species (2014)
  • Author(s): Tomoaki Ida, Tomohiro Sawa, Hideshi Ihara, Yukihiro Tsuchiya, Yasuo Watanabe, Yoshito Kumagai, Hozumi Motohashi, Shigemoto Fujii, Tetsuro Matsunaga, Masayuki Yamamoto, Katsuhiko Ono, Jon M. Fukuto, Takaaki Akaike
  • Organizer: Nitric Oxide-Nitrite/Nitrate Conference
  • Place of Presentation: Cleaveland, Ohio, USA
  • Year and Date: 2014-06-16 – 2014-06-20
• [Presentation] 活性システインパーサルファイドとS-ポリチオレイションが酸化ストレスとレドックスシグナルを制御する. (2014)
  • Author(s): 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章
  • Organizer: 第14回日本NO学会学術集会
  • Place of Presentation: ホテルニューオータニ佐賀（佐賀市）
  • Year and Date: 2014-05-16 – 2014-05-17
• [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/