内在性硫化水素の生理機能

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26460115
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 木村 英雄 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 神経薬理研究部, 部長 (30321889)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 硫化水素 / ポリサルファイド / ３MST / 酵素阻害剤 / 蛍光プローブ / 一酸化窒素

Outline of Annual Research Achievements

1. ポリサルファイドによるTRPA1活性化
申請者らは、H2Sが酸化されてできるポリサルファイドがアストロサイトのTRPA1チャネルを活性化し、細胞内Ca2+濃度上昇を誘起することを発見した（Kimura et al., FASEB J. 2013）。ポリサルファイドによるTRPA1活性化メカニズムを解明する。この研究の途上、H2SとNOが化学的反応を起こすことで、ポリサルファイドができることを発見した。第2項に示した東大薬学部との共同研究により開発したポリサルファイド特異的蛍光プローブとCa2+特異的蛍光プローブおよび、LC-MS/MSを駆使して、証明した。この成果を２つの論文にまとめ発表し（Sci. Rep. 7:45995, 2017; Chem. Commun. 53, 1064-1067, 2017)、プレスリリースを行った。
２.H2S生産酵素CBS, CSE,3MST阻害剤の開発
H2Sの生理機能を解析するためにはその生産酵素の特異的阻害剤が不可欠である。
東大薬学部には化合物ライブラリーがあり、H2S 生産酵素阻害剤として可能性のある化合物を先ず、構造活性相関により絞り込む。CBS、CSE、3MSTがH2Sを生産する酵素反応系の測定法はすでに本研究部で確立しており、この反応系にこれらの候補化合物を添加することにより、酵素反応の阻害効果を測定し、特異的阻害剤を選定する。3MST活性阻害剤を開発し、論文発表を行った（ Sci. Rep. 7:40227, 2017）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究実績の概要に示したように、当初計画は計画以上に進展し、3論文を一流誌に掲載することができた。しかし、研究途上に2種類のノックアウトラットを使用すれば、さらに良い研究に進展できることがわかり、大阪大学との共同研究で、ノックアウトラットを作成した。1系統は当初予定より、3か月遅れで、作成完了したが、2系統目が半年以上の遅れをとっており、この6月に完了予定である。そのため補助期間延長申請を行い、承認されている。

Strategy for Future Research Activity

大阪大学との共同研究で作成したTRPA1チャネルノックアウトラット系統の確立と、6月頃搬入よていの3MSTノックアウトラット系統の確立を進める。このために6か月以上はかかると予想される。その後、これらノックアウトラットを使って、これまで進めてきた、H2SとNOからできるポリサルファイド作用機構の解明を進める。TRPA1および3MSTはいづれも不安症状にかかわっていることが報告されている。そこで、これらラットを使って、不安症状にかかわる行動解析を行うことを計画している。

Causes of Carryover

大阪大学との共同研究で、TRPA1チャネルノックアウト（TRPA1-KO)ラットと3MST-KOラットとを作成したが、TRPA1-KOラットは２８年１２月に完成予定であったが、２９年１月に５か月遅れで受領した。現在順調に繁殖している。一方、3MST-KOラットは胎生致死の可能性もあるが、再度作成しており、完成予定は４月で、受領は５月以降となり、解析が９か月ずれ込む。

Expenditure Plan for Carryover Budget

上記TRPA1-KOラットと3MST-KOラットを繁殖させ、脳の一次培養を作成し、カルシウム特異性蛍光プローブと硫化水素およびポリサルファイド特異性蛍光プローブを使って、TRPA1チャネルのこれらシグナル分子反応性を野生型ラットと比較して検討する。また、3MST-KOラットサスペンジョン脳細胞をを作成し、硫化水素およびポリサルファイド合成活性を野生型ラットと比較する。将来的には、これらラットを使用して、行動観察研究につなげる。

Remarks

(1)のフルタイトル：第4回リサーチフロントアワード（トムソン・ロイター）を受賞した木村英雄 シグナル分子硫化水素（H2S）と一酸化窒素（NO）の相乗効果がポリサルファイド（H2Sn）生成によることを解明

Research Products

• [Int'l Joint Research] LSU Health Science Center(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: LSU Health Science Center
• [Journal Article] Discovery and mechanistic characterization of selective inhibitors of H2S-producing enzyme:: 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3MST) targeting active-site cysteine persulfide. (2017)
  • Author(s): Hanaoka, K., Sasakura, K., Suwanai, Y., Toma-Fukai, S., Shimamoto, K., Takano, Y., Shibuya, N., Terai, T., Komatsu, T., Ueno, T., Ogasawara, Y., Tsuchiya, Y., Watanabe, Y., Kimura, H., Wang, C., Uchiyama, M., Kojima, H., Okabe, T., Urano, Y., Shimizu, T., Nagano, T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 40227
  • DOI: 10.1038/srep40227
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a reversible fluorescent probe for reactive sulfur species, sulfane sulfur, and its biological application. (2017)
  • Author(s): Takano, Y., Hanaoka, K., Shjimamoto, K., Miyamoto, R., Komatsu, T., Ueno, T., Terai, T., Kimura, H., Nagano, T., Urano, Y.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 53 Pages: 1064-1067
  • DOI: 10.1039/c6cc08372b
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Polysulfides (H2Sn) produced from the interaction of hydrogen sulfide (H2S) and nitric oxide (NO) activate TRPA1 channels. (2017)
  • Author(s): Miyamoto, R., Koike, S., Takano, Y., Shibuya, N., Kimura, Y., Hanaoka, K., Urano,Y., Ogasawara, Y., Kimura, H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 45995
  • DOI: 10.1038/srep45995
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hydrogen polysulfide (H2Sn) signaling along with hydrogen sulfide (H2S) and nitric oxide (NO). (2016)
  • Author(s): Kimura, H.
  • Journal Title: J. Neural Transm Volume: 123 Pages: 1235-1245
  • DOI: 10.1007/s00702-016-1600-z
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 硫化水素とポリサルファイドの生理機能 (2016)
  • Author(s): 木村英雄
  • Journal Title: 日薬理誌 Volume: 147 Pages: 23-29
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ポリサルファイドH2S3とH2Sは脳内で３－メルカプトピルビン酸硫黄転移酵素により産生される (2017)
  • Author(s): 木村由佳、豊福優希子、小池伸、渋谷典広、永原則之、David Lefer、小笠原裕樹、木村英雄
  • Organizer: 第90回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 長崎ブリックホール 長崎
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-16
• [Presentation] シグナル分子：硫化水素（H2S）とポリサルファイド（H2Sn） (2017)
  • Author(s): 木村英雄
  • Organizer: 第90回日本薬理学会年会 教育セミナー
  • Place of Presentation: 長崎ブリックホール 長崎
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-15
  • Invited
• [Presentation] ガスによる脳疾患の治療の可能性 (2016)
  • Author(s): 木村英雄
  • Organizer: 第20回日本医療ガス学会学術大会・総会 教育講演
  • Place of Presentation: 秋田にぎわい交流館AU、秋田
  • Year and Date: 2016-10-15 – 2016-10-15
  • Invited
• [Presentation] D-システインからの硫化水素産生 (2016)
  • Author(s): 渋谷典広、小池伸、田中真紀子、湯浅（石上）磨里、木村由佳、小笠原裕樹、福井清、永原則之、木村英雄
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台
  • Year and Date: 2016-09-27 – 2016-09-27
• [Presentation] 硫化水素（H2S）とポリサルファイド（H2Sn）によるシグナル伝達。 (2016)
  • Author(s): 木村英雄、木村由佳、小池 伸、豊福優希子、渋谷典広、小笠原裕樹、永原則之
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-25
• [Presentation] Physiological roles of hydrogen sulfide (H2S) and hydrogen polysulfide (H2Sn). (2016)
  • Author(s): 11)Hideo Kimura, Yuka Kimura, Yukiko Toyofuku, Norihiro Shibuya, Shin Koike, Yuki Ogasawara, Noriyuki Nagahara, David Lefer, Yoshinori Mikami, Jun-ichiro Oka.
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜
  • Year and Date: 2016-06-20 – 2016-06-20
• [Presentation] Identification of H2S3 as a novel signaling molecule in the brain, and its biosynthesis by 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase. (2016)
  • Author(s): uka Kimura, Yukiko Toyofuku, Shin Koike, Norihiro Shibuya, Noriyuki Nagahara, David Lefer, Yuki Ogasawara, Hideo Kimura
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜
  • Year and Date: 2016-06-20 – 2016-06-20
• [Presentation] Another pathway to produce H2S. (2016)
  • Author(s): 13)Norihiro Shibuya, Shin Koike, Makiko Tanaka, Mari Yuasa, Yuka Kimura, Yuki Ogasawara, Kiyoshi Fukui, Noriyuki Nagahara, Hideo Kimura.
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜
  • Year and Date: 2016-06-20 – 2016-06-20
• [Presentation] Signaling molecules: hydrogen sulfide and polysulfides (2016)
  • Author(s): Kimura, H.
  • Organizer: Annual Meeting of the Society for Free Radical Research Europe.
  • Place of Presentation: Danubius Thermal Hotel Helia, Budapest, Hungary
  • Year and Date: 2016-06-09 – 2016-06-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Production and Functions of Hydrogen Sulfide and Hydrogen Polysulfides (2016)
  • Author(s): Kimura, H.
  • Organizer: 4th International Conference on Hydrogen Sulfide in Biology and Medicine.
  • Place of Presentation: Centro Conferenze Universita di Napoli Federico II, Naples, Italy
  • Year and Date: 2016-06-04 – 2016-06-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hydrogen sulfide (H2S) and hydrogen polysulfides (H2Sn) as signaling molecules (2016)
  • Author(s): Kimura, H.
  • Organizer: 9th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide.
  • Place of Presentation: Sendai International Center, Sendai
  • Year and Date: 2016-05-21 – 2016-05-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The signaling molecules: hydrogen sulfide (H2S) and hydrogen polysulfides (H2Sn) (2016)
  • Author(s): Kimura, H.
  • Organizer: A Symposium on Pharmacology of Gaseous Mediators. Pharmacological Society of Singapore and Department of Pharmacology Yong Loo Lin School of Medicine, National University of Health System, Singapore.
  • Place of Presentation: Singapore University, Singapore
  • Year and Date: 2016-04-18 – 2016-04-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] シグナル分子硫化水素と一酸化窒素の相乗効果がポリサルファイド生成によることを解明
  • URL: http://www.ncnp.go.jp/press/release.html?no=342
• [Remarks] NCNP 神経研究所 木村英雄 部長 第４回リサーチフロントアワード（トムソン・ロイター）を受賞
  • URL: http://www.ncnp.go.jp/news.html?no=111
• [Remarks] 木村英雄博士がトムソン・ロイター第４回リサーチフロントアワードを受賞
  • URL: http://www.amed.go.jp/news/other/20160725.html